JP2008100269A

JP2008100269A - 拡管装置

Info

Publication number: JP2008100269A
Application number: JP2006286020A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tsukasaki; 岳塚崎; Kazuya Aiba; 和也相場
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-05-01
Anticipated expiration: 2026-10-20
Also published as: JP4884161B2

Abstract

【課題】ブラケットプレートの位置ずれ、脱落によるマンドレル挿入ミスを感度よく検知し、マンドレル損傷に至る前に拡管動作を停止する拡管装置を得る。
【解決手段】先端部に拡管部材５が設けられた複数のマンドレル１を多数の放熱フィンによって保持された複数のチューブ材１３の開口端部から圧入して該複数のチューブ材をそれぞれ拡管し、上記放熱フィンとチューブ材とを結合する拡管装置において、複数のマンドレルの内、所定のマンドレルに設けられた荷重を検出する荷重センサ８と、この荷重センサの検出結果が予め設定された所定値を超えたときに圧入を停止するように制御する制御装置９とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば空気調和装置などに使用されるフィンチューブ型熱交換器の製造工程において放熱フィンとヘアピンチューブの結合を行う場合などに好ましく用いることが出来る拡管装置に関する。

従来の拡管装置として、一部のマンドレルが拡管部に挿入されずに管端部などに当接した場合に発生するマンドレルの座屈を、中間板部に配設され前記中間板のマンドレル挿入孔より小さい多行多列の検知孔を有した導電板とマンドレルの導通により検知し、拡管動作を停止するようにしたものがある（例えば特許文献１参照。）。
また、マンドレル挿入側の反対端において挿入に伴なう反力を測定し、これに基づいてマンドレルに負荷する超音波振動の振幅をコントロールする発明が開示されている（例えば特許文献２参照。）。

実開昭６０−５７２９号公報（第１頁、第３図）特開平４−３３３３２９号公報（第１頁、図１）

特許文献１の拡管装置にあっては、マンドレル挿入ミスにより先端部が管端部等へ当接した場合、マンドレル先端部に取り付けられたビュレットが略球形となっている為、マンドレルの下降に従ってマンドレルは銅管の外側に導かれマンドレルの曲がりすなわち座屈が先端部付近で形成されることとなる。マンドレルは前面板や中間板により進退自在に略支持されているので、過荷重による変形はほとんど先端部付近に集中することとなり、導電板付近のマンドレルはほとんど座屈変形しない場合がある。その結果、導通が得られず、マンドレル先端部は既に損傷しているにも拘らずマンドレル挿入ミスを検出できないことがあるという課題があった。
また、特許文献２の拡管装置にあっては、マンドレル挿入側の反対端に反力を測定する機能を有しているが、一部のマンドレル挿入ミスによる管端部等への当接の発生した反力は、数百枚の放熱フィンと多数のヘアピンチューブで構成された熱交換器内を伝達する内に、分散、平均化されてしまうため、感度よくマンドレル挿入ミスを検知できない場合もあるいう課題があった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、マンドレルの挿入ミスを的確に感知し、マンドレル損傷に至る前に拡管動作を停止することができる拡管装置を得ることを目的としている。

この発明に係る拡管装置は、先端部に拡管部材が設けられた複数のマンドレルを放熱フィンによって保持された複数のチューブ材の内部に同時に圧入して該複数のチューブ材をそれぞれ拡管し、上記放熱フィンと上記チューブ材とを結合する拡管装置において、上記複数のマンドレルの内、所定のマンドレルに対して設けられた荷重センサと、この荷重センサの検出結果が予め設定された所定値を超えたときに圧入を停止するように制御する制御装置とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、所定のマンドレルに作用した荷重を荷重センサにより検出し、荷重が規定値を超えた場合に拡管を停止する制御を行うようにしたことにより、マンドレル挿入異常によりマンドレル先端部が管端部等に当接した場合などでもマンドレルが損傷する前に拡管動作を停止できるという顕著な効果が得られる。

実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１による拡管装置を説明するもので、図１は全体構成を概念的に示す側面図、図２は圧入プレート部分におけるマンドレル取付部と荷重センサの配置を概念的に示す断面図、図３はセットされた被加工物であるフィンチューブ型熱交換器の配置異常例を説明する平面図である。図において、拡管装置は細長棒状の複数のマンドレル１と、マンドレル１の上端部を保持し、上下方向に直線移動自在に設けられた圧入プレート２と、圧入プレート２を上下方向に駆動する加圧駆動源としての加圧シリンダ３と、マンドレル１の座屈を防止する複数の中間板４と、マンドレル１の下側先端部にそれぞれ設けられた拡管部材である略球形のビュレット５と、被加工物である熱交換器１１を保持するフィンレシーバ６と、圧入プレート２の下降位置を検知する圧入プレート位置確認センサ７と、所定のマンドレル１下端部のビュレット５に印加した荷重を検出するロードセルなどの荷重センサ８と、圧入プレート位置確認センサ７及び荷重センサ８の検出結果に応じて加圧シリンダ３を制御する制御装置９を備えている。

上記荷重センサ８は、この実施の形態１では図２に示すように、全てのマンドレル１の上端部にそれぞれ設置されている。マンドレル１はビュレット５に印加された荷重を各マンドレル１の荷重センサ８に伝達できるように圧入プレート２に対して直動自在に支持され、脱落防止フック１０によって図の下方向に脱落しないように係止されている。なお、荷重センサ８は圧入プレート２内に設けているが、設置位置は特に限定されるものではなく、例えばマンドレル１部に設ける構成としても差し支えない。なお、図１では荷重センサ８と制御装置９を接続する信号線は図示省略している。また、中間板４にはマンドレル１を貫通させると共にマンドレル１の湾曲を制限する複数の孔（図示省略）が形成されており、圧入プレート２の下降に伴なって所定距離下降してマンドレル１に対して相対移動しつつマンドレル１の中間部を直動自在に略支持し、マンドレル１の座屈を防止する。

熱交換器１１は、例えば空気調和機などの放熱フィンチューブ型熱交換器などであり、上下方向に多枚数積層された放熱フィン１２とこの放熱フィン１２を積層方向に貫通する複数のチューブ材としてのヘアピンチューブ１３から構成されている。また、放熱フィン１２の積層方向における図１の上端部にはこの熱交換器１１を空気調和機などに取り付けるためのブラケットプレート１４が装着される。上記ヘアピンチューブ１３は銅管等を略Ｕ字状に曲げて作成されており、平行に延びる２本の直線部１３ａとその端部間を連結する湾曲部１３ｂからなる。放熱フィン１２の主面には、へアピンチューブ１３の直線部１３ａを貫通させる孔（図示省略）が形成され、孔の周縁部にはバーリングなどの方法により、断面略Ｊ字状のフィンカラー（図示省略）が立設されている。

なお、該フィンカラーは、放熱フィン１２を積層した際に隣接する放熱フィン１２相互の間隔を一定に保つ役割を持っている。また、ブラケットプレート１４は一般に鉄板をプレス加工などにより作成されたものであり、その主面にはヘアピンチューブ１３の直線部１３ａを貫通させる孔が形成されている。複数のヘアピンチューブ１３の直線部１３ａは積層された放熱フィン１２の一側の孔から挿通され、該積層された放熱フィン１２とブラケットプレート１４を貫通し、他端に先端部の開口部が突出している。その他の構成は従来装置と同様であるので説明を省略する。なお、各図を通じて同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。先ず、加圧シリンダ３を動作させて圧入プレート２を図１のように上方に退避させ、別工程で多数枚積層された放熱フィン１２にヘアピンチューブ１３を挿入した状態に加工された熱交換器１１をフィンレシーバ６上にセットする。次に加圧シリンダ３を駆動し、圧入プレート２に固定された複数本のマンドレル１を同時に一体的に下降させる。マンドレル１の先端部に設けられたビュレット５はヘアピンチューブ１３の直線部１３ａ先端開口部からヘアピンチューブ１３内に同時に圧入され、ヘアピンチューブ１３の内部を押し広げることで塑性変形させつつ拡管し、ヘアピンチューブ１３の直線部１３ａと放熱フィン１２とを、上方から下方向へ順次密着固定する。

圧入プレート２の下降位置は圧入プレート位置確認センサ７により検知され、その情報は制御装置９に取り込まれている。正常動作では、各ビュレット５は各々のヘアピンチューブ１３内に圧入され、下降に従って上から下へとヘアピンチューブ１３の直線部１３ａを拡管していく。この状態ではマンドレル１に想定以上の力は作用せず、荷重が規定値を越える事がない。また、ヘアピンチューブ１３の直線部１３ａ自体がマンドレル１の座屈を防止するガイドの役割を果たすので、マンドレル１が座屈破損することはない。

しかしながら、例えば図３（ａ）に示す第１の異常例のようにブラケットプレート１４が位置ずれしてヘアピンチューブ１３の端部を塞いでビュレット５の下降を妨害したり、図３（ｂ）に示す第２の異常例のように脱落したブラケットプレート１４が熱交換器１１の列間に挟まってヘアピンチューブ１３の列ピッチＬがＬａへと拡がり、一部のビュレット５がヘアピンチューブ１３に挿入できなかった場合などに、従来の装置では、マンドレル１に想定以上の荷重が働くが動作は継続され、複数のマンドレル１が座屈し、その後屈曲、破損にいたる。屈曲、破損したマンドレル１は熱交換器１１に食い込んだ状態となるので、取り外しは非常に困難となるだけでなく、フィンレシーバ６などの周辺機器の破損も併発する為、装置の復旧には長時間を要していた。また、装置破損を未然に防ぐ為、マンドレル１挿入確認を作業者に目視で実施させるなどの対策を施している場合もあった。しかし、この実施の形態１においては、上記のような異常状態が発生した場合でも各マンドレル１の上端部に取り付けられた荷重センサ８が拡管中に各々のマンドレル１に作用する荷重を常に検知しているので、制御装置９が荷重が規定値を超えたことを検知した場合には瞬時に拡管動作を停止させる事ができる。

上記のように、実施の形態１によれば各マンドレル１の取付部にマンドレル１毎に作用した荷重を検知する荷重センサ８と荷重が規定値を超えた場合に拡管を停止するように圧入プレート２を制御する制御装置９を備えたことにより、異常検知の確度が高まりマンドレル１の座屈破損を容易に防止出来る。異常発生の後はマンドレル１を上端まで上昇させ、脱落したブラケットプレート１４の位置を修正するか、不良となった熱交換器１１を取出し新たな加工品を投入するだけで復旧できるので、破損したマンドレル１を交換する場合と比較して短時間かつ低コストで復旧できる。また、このトラブルの対策としてビュレット５の挿入確認を作業者が目視で行っていた場合には、この確認作業を廃止できるので作業時間を短縮する事が可能となり加工コストを低減できるという効果が得られる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による拡管装置による荷重センサを用いてマンドレルの下降量とマンドレルに作用する拡管荷重の関係について測定された特性図である。なお、拡管装置のハード構成は上記実施の形態１と同様のものを用いているので説明を省略し、以下図１、図２も参照して説明する。
図４から拡管荷重はビュレット５を下降させたときの下端付近で最大となることが分かる。ヘアピンチューブ１３の下端部はＵ字型に曲げられており、この曲げ加工の影響で直線部１３ａの下端部付近は直線性および真円度が悪化している事が原因と考えられる。

この実施の形態２は上記のような知見をもとになされたもので、ヘアピンチューブ１３にビュレット５を挿入後、下端部に達するまでの荷重は下端部での荷重に比べて小さいので、圧入プレート位置確認センサ７の検知結果を利用して、荷重センサ８による荷重の測定範囲をマンドレル１の挿入直後から略完了直前の図４の略Ａ位置までの間に限定し、Ａ位置以降の下端部付近で荷重測定を行わない構成としたものである。制御装置９をこのような構成としたことにより、マンドレル挿入ミスを判定する規定値を図４のレベルａからレベルｂに下げる事が可能となる。
従って実施の形態２によれば上記のような構成により、マンドレル挿入ミスを判定する規定値をより低い値に設定できるので、より高精度にマンドレル挿入ミスを検知する事が出来る。

実施の形態３．
上記実施の形態１、２においては、設置されたマンドレル１の全てに荷重センサ８を設けたが、図３（ａ）、（ｂ）に示したようにヘアピンチューブ１３は放熱フィン１２によって一体的に拘束されているので、ブラケットプレート１４の位置ずれおよび脱落によるマンドレル挿入ミスは各へアピンチューブ１３毎に独立して発生する現象ではなく、全ての管端もしくはある管端より左側の管端といった具合で一体的に発生する現象である。従って、荷重センサ８を全てのマンドレル１に設けずに、放熱フィン１２やブラケットプレート１４の形状的特長を利用して、例えば各列の両端と中央など、所定のマンドレルに限定して部分的に配置しても良い。

即ち、この実施の形態３では荷重センサ８を各列の両端部と中央部（図３（ａ）の左右方向両端部と中央部）からなる所定のマンドレルに配置した他は実施の形態１と同様に構成したもので（図示省略）あり、このような構成にしたことにより、荷重センサ８の数を削減できるので、より低いコストでマンドレル挿入ミスを検知でき、拡管装置を安価に製作する事が出来るという効果が得られる。

本発明の実施の形態１による拡管装置の全体構成を概念的に示す側面図。図１の圧入プレート部分におけるマンドレル取付部と荷重センサの配置を概念的に示す断面図。図１の拡管装置にセットされた被加工物であるフィンチューブ型熱交換器の配置異常例を説明する平面図。本発明の実施の形態２による拡管位置による荷重センサを用いてマンドレルの下降量とマンドレルに作用する拡管荷重の関係について測定された特性図。

符号の説明

１マンドレル、２圧入プレート、３加圧シリンダ、４中間板、５ビュレット（拡管部材）、６フィンレシーバ、７圧入プレート位置確認センサ、８荷重センサ、９制御装置、１０脱落防止フック、１１熱交換器、１２放熱フィン、１３ヘアピンチューブ（チューブ材）、１３ａ直線部、１３ｂ湾曲部、１４ブラケットプレート。

Claims

先端部に拡管部材が設けられた複数のマンドレルを放熱フィンによって保持された複数のチューブ材の内部に同時に圧入して該複数のチューブ材をそれぞれ拡管し、上記放熱フィンと上記チューブ材とを結合する拡管装置において、上記複数のマンドレルの内、所定のマンドレルに対して設けられた荷重センサと、この荷重センサの検出結果が予め設定された所定値を超えたときに圧入を停止するように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする拡管装置。
上記荷重センサは、上記複数のマンドレルの全てに対してそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の拡管装置。
上記荷重センサによる荷重検出の動作範囲を、上記マンドレルの挿入時から挿入完了の直前までに限定したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の拡管装置。