JP4438203B2

JP4438203B2 - パイプの穴開け方法及び装置

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Publication number: JP4438203B2
Application number: JP2000276935A
Authority: JP
Inventors: 一浩光川; 高夫池田; 邦夫山田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2020-09-12
Also published as: EP1188498A2; DE60104254D1; US20020029474A1; JP2002086221A; EP1188498B1; EP1188498A3; US6718860B2; DE60104254T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパイプの穴開け方法及び装置に係り、特に熱交換器用のヘッダタンクとするためにアルミニウム合金等からなり断面が楕円形で剛性の低いパイプに、幅が狭くて長手方向に長いスリット状の穴を開けるのに適した穴開け方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、空調装置や自動車用の熱交換器が小型化されるに従って、その上下両側或いは左右両側に設けられる一対のヘッダタンクにも、断面円形のパイプに代わって、比較的に嵩張らない断面楕円形のパイプを用いることが多くなった。一対のヘッダタンクの間で水や冷媒等の流体を流して外気との間で熱交換を行わせるために、ヘッダタンクには多数のコアチューブの偏平な端部が取り付けられるが、その取付部分においてはヘッダタンクにスリット状の穴がプレス加工等によって形成され、その穴にチューブの偏平な端部が挿入されて、穴との隙間がロウ付けによって塞がれる。この場合、ヘッダタンクとなる断面楕円形のパイプにプレス加工によってスリット状の穴を形成することは、パイプの材料がアルミニウム合金のように軟質で変形し易いものであり、更に断面が偏平な楕円形であるために断面係数が小さくてパイプ自体の剛性が低いことから、穴開けの際に作用する荷重によってパイプが潰れるという問題があるので困難が伴う。
【０００３】
そこでヘッダタンクとなる断面楕円形のパイプを縦に２つ割り等の分割構造として、材料の各部分にスリット状の穴等をプレス加工によって形成した後に、各部分を接合してヘッダタンクを完成するという方法も行われている。この方法によればスリット状の穴等を形成することは容易になるが、そのために１個のヘッダタンクを構成する２個以上の部分を別々に製作する必要があるし、それらの部分を主に縦の長い線に沿って接合する工程が必要になる。しかも接合部分には常に流体漏れの可能性が伴うから一体構造のものよりも信頼性の点で劣る。
【０００４】
多数のスリット状の穴を有する熱交換器用のヘッダタンクを製作するために利用可能な第１の従来技術として、特開平４−３２７３２３号公報に記載されたものがある。この技術はヘッダタンクとなる断面真円形のパイプの内部に長尺のダイとそれを支持する長尺の芯金を挿入して、パイプが潰れるのを防止しながらプレス加工によって多数のスリット状の穴を形成するものである。しかしながら、この従来技術の方法において実際に加工し得る材料は断面真円形のパイプに限られる。何故なら、断面楕円形のパイプを材料とする場合はパイプの内部空間が狭いので、そこへ長尺のダイと芯金を挿入するためにはダイと芯金を非常に細長いものとする必要があり、それらの強度を確保することが困難になるからである。
【０００５】
そこで、プレス加工でありながらダイや芯金を使用しないでパイプに穴を開ける第２の従来技術としては、特開昭６０−７２６２０号公報に記載されたものが知られている。この従来技術は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、断面円形のパイプ８に円形の穴を開ける場合に、まず、溝付け作業によってパイプ８の一部に肉厚を減少させた溝９を形成し、次に、円形のパンチ１０によって溝９の範囲内で円形のパンチ１０によって円形の穴を抜き加工するものである。第２の従来技術においては、材料が断面真円形のパイプ８であって比較的に剛性が高いことと、溝付けによって肉厚が減少した部分の狭い範囲を円形のパンチ１０によって叩くので、パイプ８が潰れて変形する前に穿孔が終わる可能性が高くなるが、この従来技術を断面楕円形のパイプ材料に適用してスリット状の穴を開けようとしても、次のように色々な問題点があることから実現が困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第２の従来技術を断面楕円形のパイプに適用してスリット状の穴を開ける場合に生じる第１の問題点は、断面楕円形のパイプは断面円形のパイプに比べて剛性が低いので、第２の従来技術を断面楕円形のパイプに単に適用しただけではパイプが変形するだけで、目的とするスリット状の穴を形成することができないということである。
【０００７】
即ち、この場合は、図３に示すように、断面楕円形のパイプ１にスリット状の穴を形成するための下地となる溝９を、楕円形断面の曲率半径が比較的に大きくて平面に近い表面部分に長径に沿って形成すると共に、スリット状の穴を打ち抜く場合に通常使用される長くて一様なパンチ１２を用意して、溝９の中の横方向に長い範囲にわたって垂直に叩くことになるが、断面係数の関係から、この部分では作用する垂直な荷重に対する楕円形パイプ１の剛性が特に小さいので、作用する荷重による変形量Δｄが大きくなってパイプ１が簡単に潰れる結果、目的とするスリット状の穴を形成することができない。
【０００８】
このような場合の対策として、刃が長手方向に傾斜している穴開けパンチを使用するのが効果的である。例えば、図４に示すようにＶ型の切れ刃を有するパンチ１３を使用することにより、切断箇所が切れ刃の方向に沿って徐々に移動するようにして、図３に示すパンチ１２のように切れ刃の全長が殆ど同時にパイプ１の表面に作用する場合の問題を避けることにより、単位時間内に材料の面に垂直に作用する荷重量を低減させることができる。図４におけるパンチ１３は、中央が鋭く尖っていて両端角θが鈍角であり、Ｖ型に傾斜した左右の両刃を備えていることから、このパンチ１３を使用すれば、図３の場合に比べて荷重に対する変形量Δｄが小さくなって、パイプ１が潰れるのを避けることができ、適度な溝付けを行った楕円形パイプ１の面に目的とするスリット状の穴７を開けることができる。
【０００９】
しかしながら、Ｖ型の切れ刃を有するパンチ１３を使用した場合には、図４に示すように、スリット状の穴７の両端に図示したようなバリ１４が形成されるとか、穴の周囲が僅かに変形することがあるので、製品の品質が低下するという別の問題が生じる。
【００１０】
この問題だけならば、図５に示すように、両端角θが鋭角であって、両端から中央に向かって逆Ｖ型に傾斜して、中央部分が凹んだ形のパンチ５、即ち、左右から内側に向かって傾斜している切れ刃を有する特殊な形状のパンチ５を使用することにより、材料の面に垂直に作用する荷重量が低減するので、変形量Δｄが小さくなると共に、図４に示したような位置にバリ１４が残ったり、穴の周囲の一部に変形が発生するを低減して、楕円形パイプ１にスリット状の穴７を開けることができる。
【００１１】
しかしながら、第２の従来技術を断面楕円形のパイプ１に適用してスリット状の穴７を開ける場合に生じる第２の問題点は、スリット状の穴７ａの幅が狭くて長いために、スリット状の穴７ａを開けることによって生成された同様に幅が狭くて長い抜きカスがパイプ１から分離し難く、スリット状の穴７の周囲の一部に付着して残りやすいことである。従って、図５に示すような逆Ｖ型に凹んだ形のパンチ５を使用した場合は、図４に示すようなバリ１４が発生しない代わりに、図５に示すように、スリット状の穴７の周囲に分離しない抜きカス１５が残りやすいという別の問題が生じる。
【００１２】
即ち、図２（ｂ）に示すように、断面円形の材料パイプ８に対して円形のパンチ１０を用いる第２の従来技術そのものにおいてさえも、ダイや芯金を使用しないことから、円形のパンチ１０によって円形の穴を打ち抜いたときに生じる抜きカス１１がパイプ８から分離しないで穴の周囲の一部に付着して残りやすいが、第２の従来技術を断面楕円形のパイプ１にスリット状の穴７を開けるために適用した場合は、スリット状の穴７は長手方向に長いにもかかわらず、幅が例えば１．６ｍｍ以下というように非常に狭いために、その傾向が一層強くなって、逆Ｖ型に凹んだ形のパンチ５でさえも、スリット状の穴７を開けたときに生じる幅の狭い抜きカス１５を左右の刃の間に挟み込むことができないので、抜きカス１５が円形に丸くなって落下することもなく、スリット状の穴７の周囲の一部に付着して残りやすいのである。
【００１３】
第２の従来技術を断面楕円形のパイプに適用してスリット状の穴を開ける場合に生じる第３の問題点は、第２の従来技術においてはプレス加工にダイや芯金を使用しないので、プレス加工の際に同時にスリット状の穴７の入口に傾斜面等を接続させて形成することができないということである。例えばこの従来技術が熱交換器の製造工程に適用されて、ヘッダタンクに多数のスリット状の穴７を形成する場合には、後の工程においてヘッダタンクに対するコアチューブの組み付けを容易にするために、スリット状の穴７を開けるときに同時に、スリット状の穴７の入口にガイド面としての傾斜面を形成することが望ましいが、第２の従来技術によっては、これは特別の後工程を追加しない限り不可能である。後工程を追加すると加工時間やコストが増加することは言うまでもない。
【００１４】
即ち、第２の従来技術の応用として、図３に示したような方法を採用した場合に生じる問題を解決するために、図４又は図５に示したような方法を楕円形パイプ１に対してとる場合でも、スリット状の穴７の入口にコアチューブを組み付ける際のガイド面となる傾斜面のようなものを形成するには、スリット状の穴７が形成された後に、別のプレス工程或いは切削工程等を追加し、穴７の周りを更に加工することによって傾斜面等を成形する必要がある。プレス加工によってスリット状の穴７が形成されるときに、同時にこの傾斜面が形成されるようにすると、楕円形パイプ１にスリット状の穴７を開ける荷重が作用するときに、傾斜面を成形するための成形荷重が重畳して作用するため、ダイや芯金を使用しない限り楕円形パイプ１が潰れるので、傾斜面等を成形することができないことは勿論、スリット状の穴７を開けることもできなくなる。
【００１５】
以上の説明から明らかなように、第１及び第２の従来技術そのものはもとより、それらの応用及び改良として考え得る前述のような技術においても避けがたい問題が生じるので、本発明は、従来技術及びそれらの応用及び改良技術における問題に対処して、それらの問題を解消し得る新規なパイプの穴開け方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１６】
即ち、本発明は、剛性の低い断面楕円形のパイプを材料として、パイプの内側にダイや芯金を使用しないで、プレス加工によって多数のスリット状の穴が容易に能率よく形成されるようにすること、また、その際に穴の抜きカスを確実にパイプから分離させて、抜きカスが穴の周囲に付着して残るのを防止し、排除し易くすること、更に、形成されたスリット状の穴へ後工程においてコアチューブの端部等を挿入し易くするために、プレス加工によってスリット状の穴が形成されるときに、同時に穴の入口に傾斜面が形成されるようして、工程数とコストを低減させることを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載されたパイプの穴開け方法を提供する。
【００１８】
本発明のパイプの穴開け方法は少なくとも溝付け工程と穴開け工程からなり、溝付け工程においては、断面楕円形のパイプに対して目的のスリット状の穴の長手方向と一致する方向に所定の断面形状を有する溝付けパンチを作動させて、パイプを突き破らない程度にパイプの肉の一部を削り取ることにより、スリット状の穴の長手方向と一致する方向の溝を形成する。それに続く穴開け工程においては、溝付け工程によって形成された溝の実質的な領域において、刃が長手方向に傾斜している穴開けパンチ、好ましくは、両端角が鋭角で両端から中央部分に向かって凹んだ形の穴開けパンチを溝の長手方向に対して直角の方向に作動させて、断面楕円形のパイプにスリット状の穴を開ける。
【００１９】
材料であるパイプの断面形が楕円形であるために剛性が低く、長い穴開けパンチによってスリット状の穴を開けようとするとパイプが潰れるような場合でも、溝付け工程において目的のスリット状の穴を開ける領域に、予め溝付けを行ってその領域の肉厚を減少させているのと、刃が長手方向に傾斜している穴開けパンチ、好ましくは両端角が鋭角で両端から中央部分に向かって凹んだ形の穴開けパンチを使用して穴開けを行うため、スリット状の穴は両端部から形成され始めて徐々に中央部分に及ぶというように、切断箇所が溝の長手方向に移動するので、溝の全域に同時に荷重が作用することがない。その結果、断面楕円形のパイプが単位時間内に受ける荷重は比較的小さくなり、パイプが荷重によって潰れることが避けられる。それによって、断面楕円形のパイプの断面の長径に沿った曲率半径が大きい面に対して、ダイや芯金を使用しなくても、幅が狭くて長さが長いスリット状の穴をプレス加工によって開けることが可能になる。
【００２０】
本発明のパイプの穴開け方法においては、スリット状の穴を設けることができる溝の実質的な領域を、溝付け工程によって形成された溝の実際の長手方向の長さの範囲を僅かに越えて、溝の長さがスリット状の穴の長さの８０％以上となるような範囲まで拡げることができる。溝の長さを僅かに越える領域までスリット状の穴の形成範囲を拡げても、溝の両端域は中央部分に比べて潰れ難い部分であることと、刃が長手方向に傾斜しているために切断箇所が徐々に移動することから、楕円形パイプに作用する荷重は比較的に小さく、その荷重によって楕円形パイプが潰れる恐れはない。
【００２１】
本発明のパイプの穴開け方法においては、最初の溝付け工程において溝の底面に長手方向に隆起した突条を形成することにより、穴開け工程において穴開けパンチによって発生する抜きカスが、スリット状の穴の周囲に付着して残ることが防止されるので、材料のパイプから容易に分離して排出される。また、溝付け工程において溝付けパンチを作動させて溝を形成するときに、同時に溝の側面に接続して面取り状の傾斜面を形成しておくと、穴開け工程によってスリット状の穴が形成されたときにスリット状の穴の入口側に傾斜面が残る。この傾斜面は、スリット状の穴へ他の部材を挿入する必要があるときに、その部材の先端を案内するガイド面となって挿入を容易にするので、部材の組み付けを容易、迅速に行うことができる。
【００２２】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項７に記載されたパイプの穴開け装置を提供する。
【００２３】
本発明のパイプの穴開け装置は少なくとも溝付けパンチと穴開けパンチを備えている。溝付けパンチは、溝付け工程において断面楕円形のパイプに対して目的のスリット状の穴の長手方向と一致する方向に作動して、パイプを突き破らない程度にパイプの肉の一部を削り取ることにより、スリット状の穴の長手方向と一致する方向の溝を形成する。穴開けパンチはその刃が長手方向に傾斜しており、好ましくは両端角が鋭角で両端側から中央部分に向かって凹んだ形状を有し、溝付け工程に続く穴開け工程において、溝付け工程によって形成された溝の実質的な領域において、溝の長手方向に対して直角の方向に作動されて、断面楕円形のパイプにスリット状の穴を開ける。
【００２４】
材料であるパイプの断面形が楕円形であるために剛性が低く、長い穴開けパンチによってスリット状の穴を開けようとするとパイプが潰れるような場合でも、溝付け工程において目的のスリット状の穴を開ける領域に、予め溝付けを行ってその領域の肉厚を減少させているのと、穴開けに使用する穴開けパンチの刃が長手方向に傾斜しており、好ましくは両端角が鋭角で両端から中央部分に向かって凹んだ形となっているので、スリット状の穴は両端部から形成され始めて徐々に中央部分に及ぶというように、切断箇所が長手方向に移動するため、溝の全域に同時に荷重が作用することがないことから、パイプが受ける荷重は比較的小さくなり、パイプが荷重によって潰れることが避けられる。それによって、断面楕円形のパイプの断面の長径に沿った曲率半径が大きい面に対して、ダイや芯金を使用しなくても、幅が狭くて長さが長いスリット状の穴をプレス加工によって開けることが可能になる。
【００２５】
本発明のパイプの穴開け装置においては、好適な穴開けパンチとして逆Ｖ型に凹んだ形状を有するものや、逆Ｗ型に凹んだ形状を有するものを使用することができる。それによって、スリット状の穴が溝付け工程において形成された溝の両端部から形成され始めるためにバリが残らない。また、穴開けパンチの切れ刃による切断箇所が徐々にスリット状の穴の長手方向に移動するので、大きな荷重が一時に楕円形パイプに作用して剛性の低いパイプが潰れることも回避される。更に、穴開けパンチの切れ刃の少なくとも一部の肉厚方向の中央部分が、切れ刃に沿って窪んでいることによって切れ刃の間に溝が形成されている場合には、その溝によって抜きカスが支持されて丸められるので、抜きカスがスリット状の穴の周縁に付着して残るようなことがない。
【００２６】
本発明のパイプの穴開け装置によれば、スリット状の穴を設けることができる溝の実質的な領域を、溝付け工程によって形成された溝の実際の長手方向の長さの範囲を僅かに越えて、溝の長さがスリット状の穴の長さの８０％以上となるような範囲まで拡げることができる。溝の長さを僅かに越える領域までスリット状の穴の形成範囲を拡げても、溝の両端域は中央部分に比べて潰れ難い部分であることと、刃が長手方向に傾斜していて、切断箇所が長手方向に移動することから、楕円形パイプに作用する荷重は小さく、その荷重によって楕円形パイプが潰れる恐れはない。
【００２７】
本発明のパイプの穴開け装置においては、溝付けパンチの下縁部に沿って溝のような窪みを設けることができる。それによって溝付け工程において形成される溝の底面には長手方向に隆起した突条が形成される。この突条の両側の線は溝の長手方向に沿って肉厚が薄くなっているから、穴開け工程においては、この肉の薄い線に沿って穴開けパンチの切れ刃が作用して、この部分が先に切断されるため、抜きカスがスリット状の穴の周囲から分離し易くなる。
【００２８】
また、溝付けパンチの少なくとも一方の側面に傾斜面を設けておくと、溝を形成するときに同時に、溝の側面に接続してスリット状の穴の入口となる部分に少なくとも一つの面取り状の傾斜面が自動的に形成される。この傾斜面はスリット状の穴へ他の部材を挿入する必要があるときに、その部材の先端を案内するガイド面となって挿入を容易にするので、部材の組み付けを迅速に行うことができるという効果を奏するが、本発明においては、このような傾斜面を特別に形成する必要がなく、傾斜面が溝付け工程において自動的に形成されるので、工程数やコストの増大を招くようなことがない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は従来技術に関連して説明した図４及び図５のような形においても実施することができるが、本発明の最も好適な実施例が図１に示されている。図１（ａ）は本発明のパイプの穴開け方法の前半部分に対応する溝付け工程を示しており、（ｂ）は同じく穴開け方法の後半部分に対応する穴開け工程を示している。（ｃ）はそれらの工程が終了した後の製品（或いは半製品）としての楕円形パイプと、発生する抜きカスの状態を例示している。
【００３０】
まず、図１（ａ）に示す溝付け工程においては、断面楕円形のパイプ１の比較的平坦な面に対して、特別の断面形状を有する溝付けパンチ２を使用して、形成すべきスリット状の穴の長手方向に沿って溝付けパンチ２を動かすことによってシェービング（型削り）を行い、楕円形パイプ１の一部を削り取って、溝付けパンチ２の断面形状と実質的に同じ断面形状を有する溝３を形成する。但し、この溝付け加工はその部分の肉厚を適度に減少させるだけでよく、楕円形パイプ１に穴を開ける必要はない。肉厚が減少した部分では、後の工程でそれに穴を開けるときに楕円形パイプ１全体に作用する荷重が減少するため、剛性の低い楕円形パイプ１が潰れるのを防止することができる。
【００３１】
細長い溝付けパンチ２の断面形状は長手方向のどこで切っても実質的に同じ形であって、その断面形状は図１（ａ）において矢印Ｃの方向に見たときの形状として図６（ａ）に示されている。図６（ｂ）は溝付けパンチ２の変形例である溝付けパンチ２１の断面形状を示したものである。溝付けパンチ２及び２１は概ね同様な作用効果を奏するので、本発明方法の実施例においてはそれらのいずれを用いてもよい。溝付けパンチ２及び２１に共通する第１の特徴は、下縁部に沿って長い溝のような窪み１７を有することである。そして、それらに共通する第２の特徴は両側に傾斜面１８を備えていることであるが、図６（ａ）に示す溝付けパンチ２と図６（ｂ）に示す溝付けパンチ２１では、傾斜面１８が形成された位置や範囲、角度等が異なっている。
【００３２】
図６（ａ）に示すような断面形状の溝付けパンチ２によって楕円形パイプ１の表面に形成される溝３の断面形状を図７に示す。溝付けパンチ２に傾斜面１８が設けられていることによって、溝付け工程において楕円形パイプ１に形成された溝３の両側には、面取り部のような形で傾斜面４が自動的に形成される。また、溝付けパンチ２の先端の窪み１７によって、楕円形パイプ１に形成された溝３の底面には、長手方向の全長にわたって隆起した突条３ａが形成される。突条３ａの高さはｈとして、溝３によって減少した楕円形パイプ１の肉厚の残部はｔとして示されている。図６（ｂ）に示した溝付けパンチ２１によって形成される溝の断面形状は、図７に示す溝３のそれと大同小異であるから説明を要しない。
【００３３】
次に、図１（ｂ）に示す穴開け工程においては、前の溝付け工程において断面楕円形のパイプ１に形成された溝３の範囲内に、図８（ａ）及び（ｂ）に示したような形状のパンチ５を作用させてスリット状の穴７を打ち抜く。パンチ５は、図５の説明において述べたものと実質的に同様なもので、図８（ａ）に示すように両端から中央部分に向かって逆Ｖ型に凹んだ形のものである。それによってパンチ５の両端角θは鋭角になっている。
【００３４】
更に、図８（ｂ）に示すように、パンチ５の切れ刃の肉厚方向の中央部分は切れ刃に沿って窪んでいて溝５ａが形成されている。溝５ａが形成されたために切れ刃の先端の断面形状は鋭角になっている。このようなパンチ５の切れ刃の形状は、いずれも材料の面に同時に垂直に作用する荷重量を減少させるものであり、穴開け工程における楕円形パイプ１の変形量Δｄを減少させて、楕円形パイプ１が潰れるのを防止する効果を奏する。パンチ５は図４に示したようなバリ１４が発生することも同時に防止する。
【００３５】
逆Ｖ型に凹んだ形のパンチ５に代わり得るパンチの変形例として、図９（ａ）及び（ｂ）に示したような逆Ｗ型に凹んだ形のパンチ５１を使用してもよい。この場合は両端から中央部分に向かって逆Ｖ型に凹んだ形の中央部分に低めの突起が形成されており、切れ刃の肉厚方向の中央部分における溝５１ａは、切れ刃の一部に沿った部分にのみ形成されている。これは切れ刃の強度を保持するための配慮である。図８や図９のパンチ５或いは５１によれば切断箇所が切れ刃の方向に移動することから、概ね同様な作用、効果が得られる。なお、これらの図示したパンチ５，１３，５１は、本発明において使用し得るパンチの例を示したものに過ぎないから、それらの細部の形状や構造は適宜に変更され得る。
【００３６】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、穴開け工程を示す図１（ｂ）と、穴開け工程が終わった状態を示す図１（ｃ）の各要部をそれぞれ拡大して示す断面図である。これらの図面から明らかなように、パンチ５の切れ刃は、溝付け工程によって形成された溝３の長手方向に、楕円形パイプ１の肉厚が最も小さい値ｔとなっている部分を剪断することになるのと、パンチ５が図８（ａ）に示すように逆Ｖ型に凹んだ形であるため、楕円形パイプ１に対して同時に作用する荷重が小さいこともあって、図３に示したような場合に比べて格段に小さな荷重の作用の下で溝３の範囲内を打ち抜き、スリット状の穴７を形成することができる。従って、穴開けによって楕円形パイプ１が潰れるような恐れがなくなる。
【００３７】
穴開け工程においてスリット状の穴７を形成したことによって発生する抜きカス６は、スリット状の穴７の周縁の一部に付着して残ることなく、小さな円形に丸められて容易に排出される。何故なら、図７に示すように、溝付け工程において楕円形パイプ１に設けられた溝３の底部には高さがｈの突条３ａが形成されており、その裾に厚さが最小値ｔとなる部分が残っていて、その部分に逆Ｖ型に凹んだ形のパンチ５の切れ刃が両端側から中央部分に向かって移動しながら接触して行くこと、更に、パンチ５の切れ刃の間に形成されている溝５ａによって抜きカス６が支持されて押し出されるので、抜きカス６がスリット状の穴７の縁部に残らないためである。なお、実験によると、突条３ａの高さｈは僅か０．２ｍｍ程度でも、十分に抜きカス６を分離する効果のあることが認められた。
【００３８】
以上のように、図６（ａ）に示す溝付けパンチ２による溝付け工程に続いて、パンチ５による穴開け工程を行った後に楕円形パイプ１の表面に残るスリット状の穴７ａの断面形状を図１１（ａ）に示す。この方法が例えば図１４に示すような熱交換器１５におけるヘッダタンクとなる図１３に示すような楕円形パイプ１を製作するために実施される場合に、溝付けパンチ２によって楕円形パイプ１の表面に自動的に形成された傾斜面４（４ａ）は、後の工程において、楕円形パイプ１からなるヘッダタンクに熱交換器の多数のコアチューブ１９を組み付けるときに、コアチューブ１９の端部を案内してスリット状の穴７（７ａ）の内部へ挿入し易くする。
【００３９】
同様に、図６（ｂ）に示す溝付けパンチ２１による溝付け工程と、パンチ５による穴開け工程によって得られるスリット状の穴７ｂの断面形状を図１１（ｂ）に示す。この場合に形成される傾斜面４ｂも、先に説明した傾斜面４ａと同様に作用する。なお、傾斜面４（４ａ或いは４ｂ）を設けたことによって、それらの傾斜面４と、スリット状の穴７に挿入されるところの、図１４に例示したような熱交換器１５におけるコアチューブ１９の端部の表面との間に形成される楔形の空間は、コアチューブ１９が楕円形パイプ１にロウ付けされるときにロウ材によって埋められるので、強度上も何ら問題は生じない。
【００４０】
本発明のパイプの穴開け方法により、ダイや芯金等を使用しなくても楕円形パイプ１にスリット状の穴７を能率よく開けることができるが、この方法によって穴開けが可能な限界を確かめるために、異なる曲率半径を有する楕円形パイプを使用して、穴開け実験を繰り返して実施した結果を纏めて示したものが図１２である。この実験は、肉厚が１．２ｍｍで内面の長径が２０ｍｍ、短径が１０ｍｍの楕円形の断面形状を有するアルミニウム製のパイプ１に対して長さＷが１６ｍｍのスリット状の穴７を開ける場合に、内面の曲率半径Ｒｉと、溝付け工程において形成する溝３の長さＧｗとを変化させることによって、穴開けの際に楕円形パイプ１が潰れるか否かを確かめたものである。
【００４１】
この実験において、曲率半径Ｒｉを変化させることによってＲｉ／Ｗの値を変化させると共に、溝の長さＧｗを変化させることによってＧｗ／Ｗの値を変化させてみると、Ｇｗ／Ｗの値が８０％以上においてはスリット状の穴７を開けることが可能であるが、Ｇｗ／Ｗの値が８０％以下、即ち、スリット状の穴７の長さＷ（パンチ５の長さ）が、溝付け工程において形成された溝３の長さＧｗよりも２０％以上も大きいときは、パンチ５の圧下によって楕円形パイプ１が押し潰されて、スリット状の穴７を形成することができないことが判った。これはスリット状の穴７の長さに比べて８０％にも満たない長さの短い溝３を形成しても、溝付けをしたことの効果が現れないためと考えられる。
【００４２】
なお、曲率半径Ｒｉを小さくして行くと、それと同時に溝３の長さＧｗを小さくして溝３の深さを浅くしても、溝付け工程において溝付けパンチ２が楕円形パイプ１を突き破る可能性が高くなる。溝付けパンチ２によってパイプ１を突き破るとその部分にバリが残り、パンチ５による穴開け工程においてもそのバリが完全に除去されない場合には、製品としての楕円形パイプ１の品質が低下する。従って、図１２の線図において穴開けが可能とする８０％以上の範囲に属していても、線図に示した斜めの直線よりも上の領域は実際には取ることができない。この理由から楕円形パイプ１は溝付けパンチ２が楕円形パイプ１を突き破らない程度に適度の大きさの曲率半径Ｒｉを有することが必要となり、Ｒｉ／Ｗの比を１．５以上とする必要がある。
【００４３】
熱交換器用のヘッダタンクとして使用するための楕円形パイプ１の具体的な形状を図１３に例示する。楕円形パイプ１がヘッダタンクとして図１４に例示したような熱交換器１５に使用される場合、本発明の方法によって左右のヘッダタンク１に多数のスリット状の穴７が形成され、それらの穴７にそれぞれ多数のコアチューブ１９の両端が挿入されてロウ付けされる。この挿入作業が、本発明の方法によれば、スリット状の穴７を形成するときに自動的に穴７に接続して傾斜面４が形成されているためにきわめて容易になる。なお、図１４において、２０は隣接するコアチューブ１９の間に設けられた波板状のフィン、２１は流体の出入口に設けられたコネクタ、２２はサイドプレートを示す。
【００４４】
図１３に示したような楕円形パイプ１からなるヘッダタンクを製作する場合、多数のスリット状の穴７が所定の間隔をおいて平行に設けられるので、本発明を実施する場合には、溝付け工程において複数個の溝付けパンチ２を平行に支持して、単一のプレス機械によってそれらを同時に作動させることが望ましい。それによって複数個の溝３を一挙に形成することができるので生産能率が向上する。同様に、穴開け工程においても複数個のパンチ５を平行に支持して、単一のプレス機械によってそれらを同時に作動させることにより、複数個の穴７を一挙に開けることができる。
【００４５】
本発明は、図１４に例示したような熱交換器１５の製造において、ヘッダタンクとなる楕円形パイプ１を加工する場合に適しているが、それ以外に、偏平なパイプにスリット状の穴を開けるような用途にも利用することができることは言うまでもない。また、前述のように本発明の好適な用途である熱交換器としては、空調装置用のコンデンサ、エバポレータ、ヒーター、或いは自動車エンジン用のラジエータ、オイルクーラー等がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明のパイプの穴開け方法についての最も好適な実施例を経時的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は第２の従来技術による穴開け方法を経時的に示す斜視図である。
【図３】楕円形パイプに溝付けをしても、通常の形状の幅の広いパンチを用いた場合に起こる問題を説明するための断面図である。
【図４】Ｖ型に突出する形のパンチを用いた場合に起こる問題を説明するための断面図である。
【図５】逆Ｖ型に凹んだ形のパンチを用いた場合に起こる問題を説明するための断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明において使用し得る異なる溝付けパンチの断面形状をそれぞれ例示する断面図である。
【図７】本発明のパイプの穴開け方法における溝付け工程によって形成された溝を例示する断面図である。
【図８】本発明において使用し得る逆Ｖ型に凹んだ形のパンチを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線における側断面図である。
【図９】本発明において使用し得る逆Ｗ型に凹んだ形のパンチを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線における側断面図である。
【図１０】穴開け工程を例示する断面図であって、（ａ）は穴開けが行われる寸前の状態を、（ｂ）は穴開けが行われた直後の状態を示している。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ異なる溝付けパンチによって溝付けされた後に穴開けされたスリット状の穴の断面形状を示す断面図である。
【図１２】本発明の穴開け方法によって穴開けが可能な範囲を示す線図である。
【図１３】製品或いは半製品としての楕円形パイプを例示する斜視図である。
【図１４】楕円形パイプの好適な用途としての熱交換器を例示する斜視図である。
【符号の説明】
１…楕円形パイプ（ヘッダタンク）
２…溝付けパンチ
３…溝付け工程によって楕円形パイプに形成された溝
３ａ…突条
４…傾斜面（案内面）
５…逆Ｖ型に凹んだ形のパンチ
６…抜きカス
７…スリット状の穴
８…断面円形のパイプ
９…溝
１０…円形のパンチ
１１…分離しない抜きカス
１２…幅の広いパンチ
１３…Ｖ型の刃を有するパンチ
１４…バリ
１７…窪み
１８…パンチの傾斜面
１９…コアチューブ
２１…溝付けパンチ（変形例）
５１…逆Ｗ型に凹んだ形のパンチ

Claims

断面楕円形のパイプの断面の長径に沿った曲率半径が大きい面に、幅が狭くて長さが長いスリット状の穴を、ダイや芯金を使用しないプレス加工によって開けるために、少なくとも、
前記断面楕円形のパイプに対して目的の前記スリット状の穴の長手方向と一致する方向に所定の断面形状を有する溝付けパンチを作動させることにより、前記パイプを突き破らない程度に前記パイプの肉の一部を削り取って、前記スリット状の穴の長手方向と一致する方向の溝を形成する溝付け工程と、
前記溝付け工程によって形成された前記溝の実質的な領域において、刃が長手方向に傾斜している穴開けパンチを前記溝の長手方向に対して直角の方向に作動させることにより、前記パイプにスリット状の穴を開ける穴開け工程とを含み、
前記溝付け工程において前記溝の底面に前記溝の長手方向に隆起した突条を同時に形成することによって、前記穴開け工程において前記穴開けパンチによって発生する抜きカスを、前記スリット状の穴の周囲から分離し易くしたことを特徴とするパイプの穴開け方法。
請求項１において、両端角が鋭角で両端から中央に向かって凹んだ形の穴開けパンチを用いることを特徴とするパイプの穴開け方法。
請求項１又は２のいずれかにおいて、前記溝付け工程において前記溝付けパンチを作動させて前記溝を形成するときに、前記溝の側面に接続して目的の前記スリット状の穴の入口となる部分に、前記溝付けパンチによって面取り状の傾斜面を同時に形成することを特徴とするパイプの穴開け方法。
断面楕円形のパイプの断面の長径に沿った曲率半径が大きい面に、幅が狭くて長さが長いスリット状の穴を、ダイや芯金を使用しないプレス加工によって開けるために、少なくとも、
所定の断面形状を有し、溝付け工程において前記断面楕円形のパイプに対して目的の前記スリット状の穴の長手方向と一致する方向に作動されることにより、前記パイプの肉の一部を削り取って、前記スリット状の穴の長手方向と一致する方向の溝を形成する溝付けパンチと、
長手方向に傾斜している刃を有し、穴開け工程において前記溝の長手方向に対して直角の方向に作動されることにより、前記パイプの前記溝付け工程によって形成された前記溝の実質的な領域にスリット状の穴を開ける穴開けパンチと、を備え、
前記溝付け工程において使用される前記溝付けパンチが、前記断面楕円形のパイプに形成される前記溝の底面にその長手方向に隆起した突条を形成することができ、それによって穴開け工程において前記穴開けパンチの作動によって発生する抜きカスが前記スリット状の穴の周囲から分離し易くなるように、下縁部の切れ刃の間にそれらに沿って溝のような窪みを備えていることを特徴とするパイプの穴開け装置。
請求項４において、前記穴開けパンチが、両端角が鋭角で両端から中央に向かって凹んだ形状を有することを特徴とするパイプの穴開け装置。
請求項５において、前記穴開けパンチが逆Ｖ型に中央部分が凹んだ形状を有することを特徴とするパイプの穴開け装置。
請求項５において、前記穴開けパンチが逆Ｗ型に中央部分が凹んだ形状を有することを特徴とするパイプの穴開け装置。
請求項４ないし７のいずれかにおいて、前記穴開けパンチの切れ刃の少なくとも一部の肉厚方向の中央部分が窪んでいることによって、前記切れ刃に沿った溝が形成されていることを特徴とするパイプの穴開け装置。
請求項４ないし８のいずれかにおいて、前記溝付け工程において作動される前記溝付けパンチが、前記溝を形成するときに同時に、前記溝の側面に接続して目的の前記スリット状の穴の入口となる部分に少なくとも一つの面取り状の傾斜面を形成することができるように、少なくとも一方の側面に傾斜面を備えていることを特徴とするパイプの穴開け装置。