(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膜(３)で被覆された外側表面(２)と、外側が皮膜(19)で覆われかつ所定の断面積をもつチューブの端部(８)が嵌合された複数の貫通孔(17)とを有する、自動車の熱交換機用アルミ基材料製ヘッダープレート(１)であって、
前記各貫通孔(17)の周縁には、前記チューブの端部(８)と概ね同一の内径を有しかつ前記皮膜(３)を保持したまま内側表面(４)側に突出した鍔(16)が形成されており、この鍔(16)に保持されている皮膜(３)と、前記チューブの端部(８)を覆う皮膜(19)とが接触していることを特徴とするヘッダープレート。
【請求項２】
前記皮膜(３)(19)は、アルミニウムとシリコンの合金からなることを特徴とする請求項１記載のヘッダープレート。
【請求項３】
前記外側表面(２)と反対側の内側表面(４)は、内側皮膜(５)によって被覆されていることを特徴とする請求項１または２記載のヘッダープレート。
【請求項４】
前記内側皮膜(５)は、アルミニウムと亜鉛の合金からなることを特徴とする請求項３記載のヘッダープレート。
【請求項５】
アルミニウムとマグネシウムの合金からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヘッダープレート。
【請求項６】
マグネシウムの組成割合が２％よりも大きいことを特徴とする請求項５記載のヘッダープレート。
【請求項７】
前記外側表面(２)と前記皮膜(３)との間に中間皮膜(20)を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヘッダープレート。
【請求項８】
前記中間皮膜(20)は、アルミニウムと亜鉛の合金からなることを特徴とする請求項７記載のヘッダープレート。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のヘッダープレート(１)に貫通孔(17)を形成する方法であって、
(ａ)前記チューブの端部(８)と概ね同一の径を有する本体(15)およびこの本体(15)から延びる尖端(14)を有するパンチ(10)、ならびに前記パンチの本体(15)の外径にヘッダープレート(１)の厚さを加えた値に概ね等しい径を有するダイス孔(13)が形成されたダイス(12)を用意する工程と、
(ｂ)前記ダイス孔(13)を、ヘッダープレートの内側表面(４)側において位置決めするとともに、ヘッダープレート(１)の外側表面(２)側から、前記ダイス孔(13)に対応する位置において、前記パンチ(10)の尖端(14)により、ヘッダープレート(１)を穿孔する工程と、
(ｃ) 前記パンチ(10)の尖端(14)を取り囲むヘッダープレート(１)の材料をダイス孔(13)内に進入させて、前記鍔(16)を形成するスリット加工を施すとともに、前記パンチ(10)の本体(15)もダイス孔(13)内に挿入し、貫通孔(17)とその周りの鍔(16)の径を、チューブ(８)の端部の外径と概ね同一にする工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記スリット加工は、ヘッダープレート(１)の材料を除去することのないパンチ加工を含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記工程(ａ)と(ｂ)の間に、ヘッダープレート(１)の外側表面(２)側から、所定の領域をプレス成形して第１のオフセット部分(７)を形成し、ついで内側表面(４)側から、前記第１のオフセット部分(７)の少なくとも一部を囲む領域をプレス成形して第２のオフセット部分(９)を形成する工程(ａ')を含むことを特徴とする請求項９または１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換機、特に自動車用熱交換機に関する。より詳細に言うと、本発明はヘッダープレートがアルミ基材料から成り、皮膜で被覆された外側表面と複数の貫通孔とを有し、各貫通孔に熱交換チューブの端部が嵌合されるようになっており、チューブの端部が、所定の断面を有するとともに、外側皮膜を有する熱交換機用ヘッダープレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、かかるアルミ基材料のヘッダープレートでは、溶接または鑞付けにより、ヘッダープレートの貫通孔にチューブが固定されている。このタイプのヘッダープレートにおける貫通孔は、一般に、一部の材料を除去するプレス作業により設けられる。従って、チューブの端部が挿入される貫通孔の周辺に沿って、外側皮膜を有するチューブの端部とヘッダープレートとの接触が生じる。この接触は、ヘッダープレートの壁の厚さ方向に生じる。すなわち、プレスによる打ち抜き加工の結果として、信頼できる皮膜がないヘッダープレート領域が生じる。
【０００３】
この結果、各チューブとヘッダープレート内の対応する貫通孔との間の鑞付け接合部または溶接接合部のシールは、完全なものとは言えなくなる。そのため、その後、リークまたは腐食が生じることがあり、深刻な問題が生じ得る。
【０００４】
また、現在の自動車のエンジンルーム内の重量および寸法上の制限により、自動車メーカーは、軽量で薄い材料を使用せざるを得なくなっている。従って、現在使用されている材料は、必要な機械的強度、特に圧力サイクルに耐え得る強度的特性を常に有しているとは言えない。
【０００５】
このような欠点を克服するため、一部のヘッダープレートは、純粋アルミニウムよりも機械的強度がすぐれている、アルミニウムとマグネシウムとの合金で製造されている。しかし、鑞付け作業中、一部のマグネシウムが、鑞付け接合部に向かって拡散する性質があり、そのため、鑞付け接合するべき表面が、液状状態になる能力が低下するということが明らかとなっている。その結果、鑞付け接合部におけるシールの有効性がかなり低下し、このことも、リークと腐食を加速する原因となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記欠点を有しない、冒頭の技術分野の項に記載した、一般的なタイプのアルミ基材料から成るヘッダープレートを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴によれば、外側皮膜で被覆された外側表面と多数の貫通孔とを有し、貫通孔の各々には所定の横断面を有し、外側皮膜で外側が被覆された熱交換機のチューブの端部が嵌合されるようになっている、特に自動車用の熱交換機用のアルミ基材料製のヘッダープレートは、貫通孔の最終形状を形成する作業の前にヘッダープレートの所定ゾーンにスリットを設けることにより各貫通孔を形成し、前記ゾーンはこのゾーンにおいてヘッダープレートの外側表面がチューブ端部の所定の横断面にほぼ同じ内側の横方向横断面を有するカラー部分を形成するようにプレス加工によって変形され、よってカラー部分内の貫通孔内に前記対応するチューブを挿入すると、カラー部分のそれぞれの外側皮膜とチューブ端部との間に表面接触が得られることを特徴とする。
【０００８】
本明細書における「スリット加工」なる用語は、材料の除去を伴わない、特定のタイプの孔開け加工を意味するものである。本発明によると、このスリット加工作業は、カラー部分の形成を容易にし、かつ鑞付けにより、優れたシール部が得られるようにするものである。
【０００９】
ヘッダープレートおよびチューブ端部の外側皮膜は、アルミニウムとシリコンとの合金からなるものとするのが好ましい。
【００１０】
外側表面の反対側のヘッダープレートの内側面は、内側皮膜で被覆するのが好ましい。この内側皮膜は、腐食防止特性が周知であるアルミニウムと亜鉛との合金とするのがよい。これにより、熱交換機を腐食に対して好適に保護することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施例では、ヘッダープレートは、アルミニウムとマグネシウムとの合金から成り、マグネシウムの比率は２％よりも大であることが好ましい。これにより、純粋なアルミニウム製のヘッダープレートと比較して、ヘッダープレートの機械的強度はかなり改善される。
【００１２】
本発明の別の特徴によれば、ヘッダープレートの外側表面と外側皮膜との間に中間皮膜が設けられる。この中間皮膜は、例えばアルミニウムと亜鉛との合金から構成される。この中間皮膜は、外側皮膜に向かうマグネシウムの拡散を抑制するか、または完全に防止できるので、鑞付け接合部によって得られるシール部の質を更に改善する上で役立つ。
【００１３】
また本発明によれば、本発明の前記した特徴を有するヘッダープレートに貫通孔を設ける方法が提供される。
この方法は、
（ａ）前記チューブ端部とほぼ同一の横方向断面を有する本体から延長された鋭利な端部を有するパンチと、対応するパンチの本体の横方向断面にヘッダープレートの厚さを加えた値とほぼ等しい断面を有する、少なくとも１つのダイス孔が形成されたダイスを含む工具を設ける工程と、
（ｂ）前記ダイス孔がヘッダープレートの所定ゾーンの上に位置するように、外側表面と反対側のヘッダープレートの内側表面に対向するようダイスを位置決めし、次に、ヘッダープレートの外側表面の所定ゾーンにパンチの鋭利な先端部を当接し、ヘッダープレートの内側表面をダイス孔内に進入させる工程と、
（ｃ）貫通孔を粗形成し、この貫通孔を囲むヘッダープレートの材料がダイス孔に進入するように、前記ゾーンにスリットを形成し、もってカラー部分を形成し、次に、対応するダイス孔内において前記パンチの本体をスライドさせ、これにより、カラー部分および関連する貫通孔が、ヘッダープレートの貫通孔に固定するべきチューブの端部の所定の断面と同じ内側の横方向断面を有するようにする工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の方法の好ましい特徴によれば、スリット形成工程は、ヘッダープレート内の貫通孔の領域における外側皮膜に損傷を与えることないよう、材料を除去することなく、孔開け加工することである。
【００１５】
好ましくはこの方法には、工程（ａ）と（ｂ）との間に別の工程（ａ’）を設け、この工程（ａ’）は、パンチの本体の大きさとほぼ同じ大きさを有するリリーフ状の第１オフセット部分を前記内側表面に形成するよう、まずヘッダープレートの外側表面の側で所定ゾーンをプレス成形し、次に、第１オフセット部分の少なくとも一部を囲むリリーフ状をした第２オフセット部分を前記外側表面に形成するよう、ヘッダープレートの内側表面と同じ側で、所定ゾーンのプレス形成を行う。
【００１６】
添付図面を参照し、単なる非限定的な例として示した本発明の好ましい実施例の次の詳細な説明を読めば、本発明の上記以外の特徴および利点がより明らかとなろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、図１（Ａ）〜（Ｅ）および図２を参照して、アルミ基ヘッダープレートに孔を形成する方法の主要工程について説明する。
【００１８】
ヘッダープレートの製造は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のほぼ平らなプレート１から開始する。このプレートは、外側面に皮膜３を有する。この皮膜３は、アルミニウムとシリコンとの合金から成ることが好ましい。また本例では、内側面４も、腐食防止材料、例えばアルミニウム亜鉛合金で被覆することが好ましい。
【００１９】
次に、適当な工作機械を用いて、プレート１の中心部分６をプレス成形し、この中心ゾーンに第１オフセット部分、すなわちブリスタ７を形成する。このブリスタ７は、プレートの内側面４と同じ側にリリーフ状となっている。この第１ブリスタ７の寸法は、熱交換チューブの端部８（図３参照）の寸法、および図２に示されたパンチの寸法とほぼ等しくする。パンチが、プレート１内に貫通孔を形成するのに使用される。後に、これら孔について更に説明する。
この第１オフセット部分、すなわちブリスタ７は、形状がほぼ楕円形であり、長辺すなわち長手方向の辺Ｌと、横方向の辺Ｉとを有する。図１（Ａ）には、この第１オフセット部分の長手方向の断面が示されている。
【００２０】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示される次の工程もプレス成形工程であり、ここでは、プレート１の外側面２に、リリーフ状に第２オフセット部分９が形成される。この第２オフセット部分は、第１オフセット部分７の少なくとも一部を囲んでおり、少なくともオフセット部分７の長手方向の辺Ｌに、２つの溝を形成する。
互いに隣接する２つの平行なブリスタ７の間にある溝は、当然ながら、これら２つのオフセット部分７の各々に対し、第２オフセット部分９を形成する。第２オフセット部分９の長手方向の長さＬ’は、オフセット部分７の長さＬよりもやや長くなっている。
【００２１】
当然ながら、適当な工作機械を使って、１回の工程で第１オフセット部分７と第２オフセット部分９を同時に形成してもよい。
【００２２】
図１（Ｄ）および図１（Ｅ）に示す第３の工程では、別の工具１１を使用する。この工具１１は、少なくとも１つのパンチ１０（図１（Ｄ）に示された実施例では、パンチのうちの２つが示されている）と、パンチ１０と同じ数のダイス孔１３を有するダイス１２とを含み、１つのダイス孔１３は、各パンチ１０に対応し、ダイス孔内でパンチ１０がスライドできるようになっている。
【００２３】
各パンチ１０は、鋭利でテーパの付いた先端部１４を有する。この先端部は、第１オフセット部分、すなわちブリスタ７の横方向断面、およびチューブ端部８の外側の横方向断面とほぼ同一の横方向断面を有するパンチの本体１５から延びている。ダイス１２の各ダイス孔１３は、対応するパンチ１０の本体１５の形状と一致しているが、後述する理由から、それよりも若干大きくなっている。
【００２４】
次のようにして、プレート１に孔１７が設けられる。
まず、各ダイス孔１３が第１オフセット部分７の対応するものの上に位置するように、工具１１のダイス１０を位置決めし、プレート１の内側面４に当接させる。
次に、プレート１によって構成される平面とほぼ直角に、かつダイス孔１３の軸線と平行に、パンチ１０を変位させ、パンチの先端部１４が第１オフセット部分７の位置にあるプレートの有形外側面２に接触するまで、この変位を続ける。
次に、パンチの鋭利な先端部１４により、材料を除去することなくプレート１にスリット加工し、貫通孔１７を粗形成する。
【００２５】
次に、こうして粗形成された開口部を通過するように、各パンチ１０の本体１５を押し、図１（Ｄ）および図１（Ｅ）から判るように、ダイス孔１３内をスライドするようにパンチを移動させ続ける。ダイス孔１３は所定の寸法になっているため、パンチ１０により、プレート１の材料の一部が対応するダイス孔１３の内部へ移動され、据え込みカラー部分１６が形成される。
このカラー部分の寸法は、パンチ１０の本体１５の横方向断面と等しくなっている。このことによっても、上記スリット加工により、先に粗形成された実際の孔１７は、パンチ本体１５の寸法となるように形成され、これにより、孔１７もここに嵌合されるチューブ端部８の寸法と等しくされる。
【００２６】
こうして、ヘッダープレート１の中心部分６に貫通孔が形成されるので、図３に示すように、この孔にチューブの端部８を挿入できる。
正確な寸法に加工された孔１７内に一旦チューブの端部を嵌合すると、カラー部分１６の境界を定めるヘッダー部分１の外側面２の上にある外側皮膜３とチューブの端部８内のチューブ壁１８上にある外側皮膜１９とが表面接触する（図３参照）。このような表面の接触は、数ミリメートルの高さにわたって生じるので、その後の鑞付け工程中に極めて良好なシール接合部が得られる。
【００２７】
次に、本発明によるヘッダープレートの別の変形例を説明するため、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照する。
【００２８】
純粋アルミニウム製のヘッダープレートは比較的脆弱であるので、ヘッダープレートは、アルミニウムとマグネシウムの合金で製造するのがよい。この合金におけるマグネシウムの比率は、２％よりも大であることが好ましい。このタイプのヘッダープレートは、純粋アルミニウム製のヘッダープレートよりも、機械的強度がかなり良好である。しかし、合金中に含まれるマグネシウムは、鑞付け作業中に特に外側皮膜３に向かって拡散する性質があり、そのため、外側面２上の外側皮膜が液状化する能力は低下し、鑞付け接合部におけるシールの有効性が低下することとなる。
【００２９】
従って、ヘッダープレート１を構成するアルミニウムとマグネシウムの合金製のプレート外側皮膜３の間に、アルミニウムと亜鉛との合金製の中間皮膜２０を設けることが好ましい。このアルミニウムと亜鉛との合金の物理的性質は、外側皮膜３に向かうマグネシウムの拡散を少なくとも制限し、場合によっては、完全に防止することもできるような性質となっている。
こうして、極めて高い周期的圧力にヘッダープレートが耐えることができる機械的強度、および高いシール性を備えるヘッダープレートを製造できる。
【００３０】
本発明は、上記したヘッダープレートおよびそれを製造する方法の実施例のみに限定されるものでなく、本願の特許請求の範囲内で当業者が考え付くことのできる変形例のすべてを含むものである。
【００３１】
従って、例えばオフセット部分、すなわち上記実施例では、第１オフセット部分７と第２オフセット部分９とを形成した後に、貫通孔を形成するヘッダープレートについて説明したが、これらのオフセット部分は、好ましいものではあるが、実際には不可欠な要素ではないことは理解しうると思う。
【００３２】
また上記の方法では、材料を除去することなく、スリット加工により、まず貫通孔を粗形成しているが、粗形成される孔の寸法が、チューブの端部よりもかなり小さく、一体的なカラー部分を形成できることを条件に、一部の材料を除去しながら、スリット加工により、孔を粗形成することも、当然考えうるところである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明によるヘッダープレートの製造時における第１工程を示す長手方向断面図であり、（Ｂ）は、ヘッダープレートの製造時における第２工程を示す長手方向断面図であり、（Ｃ）は、同じく第２工程を示す横方向断面図であり、（Ｄ）は、ヘッダープレートの製造時おける第３工程を示す長手方向断面図であり、（Ｅ）は、同じく３工程を示す長手方向断面図である。
【図２】本発明によるヘッダープレートに孔を設けるためのパンチの頂部平面図である。
【図３】熱交換機のチューブが設けられた、本発明によるヘッダープレートの第１実施例を示す横方向断面図である。
【図４】（Ａ）は、熱交換機のチューブが設けられた、本発明の第２実施例におけるヘッダープレートを示す横方向断面図であり、（Ｂ）は、仮想線の円で表示された、（Ａ）の一部を拡大して示す拡大図である。
【符号の説明】
１    プレート
２    外側面
３    外側皮膜
４    内側面
６    中心部分
７    ブリスタ
８    端部
９    第２オフセット部分
１０    パンチ
１１    工具
１２    ダイス
１３    ダイス孔
１４    テーパ付き端部
１５    パンチ本体
１７    孔
１８    チューブ壁
１９    外側皮膜
２０    中間皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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