JP2008302432A

JP2008302432A - 熱交換器の拡管方法

Info

Publication number: JP2008302432A
Application number: JP2008213681A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nakadeguchi; 真治中出口; Shinji Nakajima; 伸治中島; Mitsuru Tanaka; 満田中; Hiroaki Takada; 浩明高田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: JP4870126B2

Abstract

【課題】フィンカラーの座屈が発生せず均一な距離に保たれた放熱フィンで構成された熱交換器とすることができる熱交換器の拡管方法を得る。
【解決手段】各々先端にビレット５を有するマンドレル８と、マンドレル８の後端を支持するとともに、ヘアピン管直線部７ａの軸方向に往復動自在に支持された往復作動体９と、往復作動体９を昇降させ、ビレット５をヘアピン管直線部７ａに圧入することにより直線部７ａを拡管する加圧駆動源としての加圧シリンダー１０と、ヘアピン管７の湾曲部７ｂを支持するヘアピンレシーバー２と、複数枚重ねられた放熱フィン６ａの下端部を支持するフィンレシーバー１と、フィンレシーバー１を昇降させる昇降手段としての油圧シリンダー３とを有し、油圧シリンダー３は、マンドレル８が下降し、ビレット５がヘアピン管７に挿入し始めるとフィンレシーバー１を所定の位置まで下降させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、多数枚の放熱フィンとこれに挿通された複数の管とからなる熱交換器に対して、管を拡管して多数枚の放熱フィンを一体的に固着する拡管方法に関し、特にフィンカラーが座屈して、積層方向に重なり合った放熱フィンと放熱フィンとが密着して風路を遮断してしまう不良とならないように改善された熱交換器の拡管方法に関するものである。

多数枚の放熱フィンとこの放熱フィンに挿通された複数の管とから構成された熱交換器に対して、挿通された管を拡管して複数の放熱フィンを一体的に固着する拡管装置は、従来、例えば、次のような構成を成している。

すなわち、拡管装置は、裏面側に複数の拡管用マンドレルが挿着され、シリンダー等の伸縮装置を介して昇降自在に設けられた往復作動体を有している。この拡管装置によって、拡管される熱交換器は、複数枚の放熱フィンに端部が略Ｕ字状に形成されたヘアピン管が挿通する構成であり、拡管時においては、一端側に突出したヘアピン管の端部を、下端部が嵌入可能な凹状部を有したレシーバーによって支持し、拡管装置の往復作動体に挿着された拡管用マンドレルの圧入によって複数枚の放熱フィンをヘアピン管の拡管によって一体的に固着させることが出来る（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２５４６４４号公報（第２頁、第４図）

しかしながら従来の拡管装置では、放熱フィンの枚数を多くする場合や、フィンカラー形状が変更されてフィンカラーへ加わる荷重と縮み量との関係が変わる場合などに、フィンカラーが座屈して積層方向に重なり合った放熱フィンと放熱フィンとが密着して風路を遮断してしまう不良が発生する問題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、この発明の第一の目的は、フィンカラーの大変形や放熱フィンの倒れが発生せず均一な距離に保たれた放熱フィンで構成された熱交換器を得ることができる拡管方法を得ることを目的とし、また、この発明の第二の目的は、このような不良の発生率が少ない拡管方法を安価に実現することを目的とする。

この発明に係る拡管方法は、各々先端にビレットを有するマンドレルと、マンドレルの後端を支持するとともに、略Ｕ字状のヘアピン管の直線部の軸方向に往復動自在に支持された往復作動体と、往復作動体を昇降させ、ビレットをヘアピン管の直線部に圧入することにより該直線部を拡管する加圧駆動源と、ヘアピン管の湾曲部を支持するヘアピンレシーバーと、ヘアピン管の前記湾曲部側に配設され複数枚重ねられた放熱フィンの端部を支持するフィンレシーバーと、フィンレシーバーをヘアピン管直線部の軸方向に昇降させる昇降手段と、を有する拡管装置を用い、周縁部にフィンカラーが立設されてなる貫通穴を有し複数枚積層された放熱フィンと該放熱フィンの積層方向に該貫通穴に挿通された前記略Ｕ字状のヘアピン管を有する熱交換器に対して、該ヘアピン管の直線部を拡管して該フィンカラーに圧接することにより、該複数枚の放熱フィンを一体的に固着する熱交換器の拡管方法であって、マンドレルをヘアピン管の直線部の軸方向に下降させてビレットをヘアピン管直線部に圧入することにより該直線部を拡管する工程において、フィンレシーバーの下降量が拡管の進行によるフィンカラーの累積縮み量より大きくなるように昇降手段により該フィンレシーバーを下降させる。

このような構成の拡管方法は、周縁部にフィンカラーが立設されてなる貫通穴を有し複数枚積層された放熱フィンを有し、これらの放熱フィンの積層方向に貫通穴に挿通された略Ｕ字状のヘアピン管を有する熱交換器に対して、ヘアピン管の直線部を拡管してフィンカラーに圧接することにより、複数枚の放熱フィンを一体的に固着するものであり、各々先端にビレットを有するマンドレルと、マンドレルの後端を支持するとともに、ヘアピン管直線部の軸方向に往復動自在に支持された往復作動体としての往復プレートと、この往復プレートを昇降させ、ビレットをヘアピン管直線部に圧入することにより直線部を拡管する加圧駆動源としての加圧シリンダーと、ヘアピン管の湾曲部を支持するヘアピンレシーバーと、ヘアピン管の湾曲部側に配設され複数枚重ねられた放熱フィンの端部を支持するフィンレシーバーと、フィンレシーバーをヘアピン管直線部の軸方向に昇降させる昇降手段としての油圧シリンダーとを有し、油圧シリンダーは、マンドレルが下降し、ビレットがヘアピン管に挿入し始めるとフィンレシーバーを所定の位置まで下降させる。ビレットが下降し始めるとフィンレシーバーが下降するので、拡管の進行方向へ蓄積され増加するフィンカラーへの圧縮荷重が軽減される。このためフィンカラーの大変形や放熱フィンの倒れが発生せず均一な距離に保たれた放熱フィンで構成された熱交換器を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の拡管装置の全体構成を示す正面図である。図１において、拡管装置１００内に、熱交換器６が載置されている。熱交換器６は、例えば、空気調和器などに放熱フィンチューブ熱交換器として用いられるものである。熱交換器６は、図１の上下方向に多数枚積層された放熱フィン６ａと、この放熱フィン６ａに積層方向に挿通する複数のヘアピン管７とから構成されている。ヘアピン管７は略Ｕ字状に曲げて作製され、平行に延びる２本の直線部７ａとその端部間を連結する湾曲部７ｂとからなる。複数のヘアピン管７は、積層された放熱フィン６ａに一側から挿通され、直線部７ａが放熱フィン６ａを貫通し、湾曲部７ｂは側端から突出している。放熱フィン６ａの主面には、ヘアピン管７を貫通させる穴が形成され、穴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が立設されている。フィンカラーは、放熱フィン６ａを積層した際に放熱フィン６ａの間隔を一定に保つ働きをしている。

拡管装置１００は、熱交換器６のヘアピン管７を拡管して積層された複数の放熱フィン６ａを一体的に固着させる。拡管装置１００は、ヘアピン管７の直線部７ａに挿入される複数の拡管用マンドレル８を有している。マンドレル８は、細長棒状を成し先端には拡管後のヘアピン管７の内径と同じ外径を有するビレット５が取り付けられている。マンドレル８の後端は、往復作動体としての往復プレート９に固定されている。往復プレート９は、拡管装置１００の枠体１００ａに放熱フィン６ａの積層方向（ヘアピン管７の直線部７ａの軸方向）に上下動可能に案内支持されている。そして、往復プレート９は、加圧駆動源としての加圧シリンダー１０と連結されている。加圧シリンダー１０は、往復プレート９を上下動させて、ビレット５を上下方向に移動させ、ヘアピン管７の直線部７ａに圧入する。加圧シリンダー１０の移動方向における位置を検出する位置検出センサ１１が、拡管装置１００の側部に設けられている。位置検出センサ１１は、制御装置１５と電気的に接続され、位置検出センサ１１の出力信号は制御装置１５に伝達される。

拡管装置１００の下部に、フィンレシーバー１とヘアピンレシーバー２が設けられている。熱交換器６は、このフィンレシーバー１とヘアピンレシーバー２の上に載置される。ヘアピンレシーバー２は、Ｕ字状のヘアピン管７の湾曲部７ｂが嵌合するＵ字溝を有し、ヘアピン管７のみを支持する。一方、フィンレシーバー１は、主面にヘアピン管７が貫通する貫通穴が穿孔され、積層された放熱フィン６ａの重力方向荷重を支える。

フィンレシーバー１の両端部は、それぞれ油圧シリンダー３によって支持されている。ヘアピンレシーバー２と油圧シリンダー３は、レシーバー台４上に固定されている。油圧シリンダー３には、油圧を供給する油圧駆動源１３が接続されている。また、油圧シリンダー３と油圧駆動源１３との間には、油圧シリンダー３に供給する油量を調整する流量調整弁１４が設けられている。流量調整弁１４は、制御装置１５に電気的に接続されている。制御装置１５は、上述の位置検出センサ１１の出力信号に基づいて、流量調整弁１４の開閉度合いを調整する。

次に、このように構成された拡管装置１００による拡管動作について説明する。
まず、多数枚積層された放熱フィン６ａをフィンレシーバー１上に載置し、湾曲部７ｂをヘアピンレシーバー１に嵌合させて、熱交換器６が拡管装置１００にセットされる。
ついで、加圧シリンダー１０が駆動し、往復プレート９が下降すると、ヘアピン管７の上方端部にビレット５が挿入されて拡管が開始される。ビレット５がさらに下降して放熱フィン６ａ群に到達すると、油圧駆動源１３は、油圧シリンダー３内の圧力を下げフィンレシーバー１を下降させる。ビレット５は、ヘアピン管７の上端部から挿入され直線部７ａの内径を押し広げながら下降し、積層されたフィンカラー６ｂとヘアピン管７とが密着する。ヘアピン管７の湾曲部７ｂ近傍の拡管終了点にビレット５が下降するまでに、フィンレシーバー１は下降が完了している。ビレット５は、ヘアピン管７の湾曲部７ｂに差し掛かる直前の拡管終了点で停止した後、上昇し拡管作業が終了する。拡管終了後、往復プレート９が上昇し、マンドレル８およびビレット５がヘアピン管７から抜け、それに連動してフィンレシーバー１が初期位置に復帰する。

次に、隣接した放熱フィン６ａが座屈して風路を遮断してしまう不良について説明する。図２は拡管動作におけるフィンカラー６ｂの変形挙動を模式的に示す断面図であり、図２の（ａ）は未拡管状態を示し、図２の（ｂ）は拡管状態を示している。拡管を開始するとヘアピン管７の直線部７ａの外周面がフィンカラー６ｂの内周面を径方向外側に押し広げ、フィンカラー６ｂは積層方向に伸びるように変形する。これと同時にヘアピン管７は軸方向に縮む。伸びたフィンカラー６ｂと縮んだヘアピン管７により、拡管前のフィンカラー６ｂが圧縮して縮められる。

ここで、拡管前の放熱フィン６ａの積層方向のピッチ（放熱フィンピッチ）をｆ_２、放熱フィン６ａの枚数をＮ_２、拡管済みの放熱フィンピッチをｆ_１、その枚数をＮ_１、未拡管のフィンカラー６ｂを押し縮めた量をε、拡管で生じるフィンカラー６ｂの伸び率をα_ｉ、無負荷時の拡管の伸び率をα_０、管の縮み率をβ、ｉ番目に拡管された放熱フィン６ａの荷重で押し縮められた距離をη_ｉ、とすると、拡管途中のビレット位置における未拡管のフィンカラー６ｂの縮み量は次式のようになることが本出願人らの実験からわかった。

拡管した放熱フィン６ａの枚数と拡管前のフィンカラー６ｂの縮み率の関係は上式に基づいて図３のようになる。すなわち、拡管が進行するとフィンカラー６ｂの縮み量は累積され、熱交換器６の下方の放熱フィンピッチは小さくなる。

ついで、単一のフィンカラー６ｂに圧縮荷重を加えて試験的に求めたフィンカラー６ｂへの荷重と縮み率の関係を図４に示す。図４から、フィンカラー６ｂの元の長さからＡ％縮むと座屈し破壊に至ることが解る。そして、フィンカラー６ｂが座屈に至る縮み率（Ａ％）は１０〜３０％であった。
図３に示した放熱フィン６ａの拡管枚数とフィンカラー６ｂの縮み率の関係から、フィンカラーの縮み率がＡ％となる拡管枚数ｎ枚でフィンカラー６ｂの座屈が生じる。
このように、フィンカラー６ｂの縮み量が所定の縮み量を越えると（もしくはフィンカラーの座屈荷重を超えると）、フィンカラー６ｂが大変形する。その結果、フィンカラー６ｂが座屈して、風路を遮断してしまう不良となる。この時、フィンカラー６ｂの縮み量が大きくなるとフィンカラー６ｂの変形が放熱フィン６ａ側へ移行し、隣接する放熱フィン６ａ同士が密着する。このため、実際には、ｎ枚より少ない枚数で熱交換器の６の不良が発生する。

ここで、拡管枚数をＮ枚としたときのフィンカラー６ｂの累積縮み量は、例えば図５に示すように増加する。そして、最後のＮ枚まで拡管を進行させるとフィンカラー６ｂの累積縮み量はａとなる。この実施の形態１では、図６に示されるように、拡管開始から速やかに下降量ｚまで下降し、その後下降量ｚを維持するようにフィンレシーバー１の下降モードを設定している。図６において、縦軸はフィンレシーバー１の下降量を示し、横軸は拡管した放熱フィン６ａの枚数を示す。図中実線は拡管の進行過程でのフィンレシーバー１の下降量を示す。なお、フィンレシーバー１の下降量ｚは、フィンカラーの累積縮み量ａより大きく設定している。
このように、フィンレシーバー１の下降量ｚをフィンカラーの累積縮み量ａより大きく設定することで、フィンカラー６ｂに加わる圧縮荷重が開放され、拡管の進行方向へ蓄積され増加するフィンカラー６ｂへの圧縮荷重を軽減することができる。このように設定することで、拡管開始から終了までフィンカラー６ｂが過大に縮むことがなく、即ちフィンカラー６ｂの縮み率がＡ％（１０〜３０％）を超えることがなく、フィンカラー６ｂの破壊や放熱フィン６ａの倒れなどの不良を軽減することができる。

このような構成の拡管装置は、周縁部にフィンカラー６ｂが立設されてなる貫通穴を有し複数枚積層された放熱フィン６ａを有し、これらの放熱フィン６ａの積層方向に貫通穴に挿通された略Ｕ字状のヘアピン管７を有する熱交換器６に対して、ヘアピン管７の直線部７ａを拡管してフィンカラー６ｂに圧接することにより、複数の放熱フィン６ａを一体的に固定するものであり、各々先端にビレット５を有するマンドレル８と、マンドレル８の後端を支持するとともに、ヘアピン管直線部７ａの軸方向に往復動自在に支持された往復作動体としての往復プレート９と、この往復プレート９を昇降させ、ビレット５をヘアピン管直線部７ａに圧入することにより直線部７ａを拡管する加圧駆動源としての加圧シリンダー１０と、ヘアピン管７の湾曲部７ｂを支持するヘアピンレシーバー２と、複数枚重ねられた放熱フィン６ａの下端部を支持するフィンレシーバー１と、フィンレシーバー１をヘアピン管直線部７ａの軸方向に昇降させる昇降手段としての油圧シリンダー３とを有し、油圧シリンダー３は、マンドレル８が下降し、ビレット５がヘアピン管７に挿入し始めるとフィンレシーバー１を所定の位置まで下降させる。ビレット５が下降し始めるとフィンレシーバー１が下降するので、拡管の進行方向へ蓄積され増加するフィンカラー６ｂへの圧縮荷重が軽減される。このためフィンカラー６ｂの大変形や放熱フィン６ａの倒れが発生せず均一な距離に保たれた放熱フィン６ａで構成された熱交換器６を得ることができる。

そして、昇降手段が、フィンレシーバー１とレシーバー台４との間に設けられた油圧シリンダー３であるので、フィンレシーバー１の下降を確実に制御することができ、フィンカラー６ｂの大変形や放熱フィン６ａの倒れをより確実に防止することができ、信頼性が向上する。

なお、上記実施の形態１では、拡管開始から速やかに下降量ｚまで下降し、その後下降量ｚを維持するようにフィンレシーバー１の下降モードを設定するものとしているが、図７に示すように、拡管枚数Ｎ枚となる時点で下降量ｚとなるように拡管開始から一定速度で下降するようにフィンレシーバー１の下降モードを設定してもよい。この場合においても、拡管枚数Ｎ枚におけるフィンレシーバー１の下降量ｚがフィンカラーの累積縮み量ａより大きくなり、かつ、各拡管枚数におけるフィンレシーバー１の下降量が各拡管枚数におけるフィンカラーの累積縮み量より大きくなる。そこで、フィンカラー６ｂに加わる圧縮荷重が開放され、フィンカラー６ｂの縮み率がＡ％（１０〜３０％）を超えることがなく、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２のフィンレシーバー１の下降のさせ方を示す関係図である。縦軸はフィンレシーバー１の下降量を示し、横軸は拡管した放熱フィン６ａの枚数を示す。図中実線は拡管の進行過程でのフィンレシーバー１の下降量を示している。

この実施の形態２においては、図８に示されるように、拡管初期であるＸ点まで一定速度で下降し、拡管中間期Ｙ点までは初期より速度を上げて下降する。そして、拡管進行の後期では初期に比べて累積縮み量の増分比率が大きくなる傾向があるためＹ点からＺ点まではさらに速度を上げた状態で下降する。このように設定されたフィンレシーバー１の下降モードは、各拡管枚数におけるフィンレシーバー１の下降量が図５に示される各拡管枚数におけるフィンカラーの累積縮み量より大きくなっている。

この実施の形態２では、油圧駆動源１３が駆動され、拡管動作が行われる。そして、制御装置１５が予め図８に示されるように設定されたフィンレシーバー１の下降モードおよび位置検出センサ１１の出力信号に基づいて流量調整弁１４の開閉度合いを制御する。そして、拡管終了後、往復プレート９を上昇させ、マンドレル８およびビレット５がヘアピン管７から抜け、それに連動してフィンレシーバー１が初期位置に復帰する。なお、本実施の形態では。フィンレシーバー１の昇降手段として油圧シリンダー３を用いているが、空圧シリンダーやサーボモーターを用いても良い。

このように、この実施の形態２では、拡管の進行にともない累積されるフィンカラー６ｂの縮み量に応じてフィンレシーバー１を下降させているので、拡管中に下方へ放熱フィン６ａがずれ落ちてヘアピン管７に引掛かる不具合を低減することができる。

ここで、この実施の形態２におけるフィンレシーバー１の下降モードの設定方法について図９を参照しつつ説明する。図９は拡管装置１００においてフィンレシーバー１に荷重計を設置し、ビレットの下降距離に応じてフィンに負荷される荷重を測定した結果を示す図である。なお、図９では、ヘアピン管として外径７．２ｍｍ、肉厚０．３ｍｍの銅管を用い、フィンカラーを２×１２（２４穴）の行列状に配置した放熱フィンをフィンピッチ０．３ｍｍで積層して構成される熱交換器を拡管装置１００に配置し、銅管の拡管を行ったものである。そして、図９中実線はフィンレシーバー１を図８に示される下降モードに基づいて下降させた本願の実施例を示し、点線はフィンレシーバー１を下降させない比較例を示している。また、各フィンカラーの破壊荷重が３Ｋｇｆであることから、各放熱フィンにおける全フィンカラーの破壊荷重は７２Ｋｇｆ（＝３Ｋｇｆ×２４）である。

比較例においては、フィンレシーバー１にかかる荷重は、拡管開始から急激に上昇し、拡管枚数が約２０枚から１５０枚程度まで約２０Ｋｇｆで一定となり、拡管枚数が約１５０枚（点Ｘ’）を過ぎると急激に上昇し、拡管枚数が約２５０枚から約５７０枚までなだらかに上昇し、さらに拡管枚数が約５７０枚（点Ｙ’）を過ぎると急激に上昇するモードとなった。そして、拡管枚数が約６００枚を過ぎると、フィンレシーバー１にかかる荷重はフィンカラーの破壊荷重７２Ｋｇｆを超えていた。
本願の実施例では、比較例に対して、拡管枚数が約２５０枚以上の領域でフィンレシーバー１にかかる荷重が約５０Ｋｇｆで安定している結果が得られた。この実施例では、図８に示されるフィンレシーバー１の下降モードの点Ｘおよび点Ｙを図９における点Ｘ’および点Ｙ’に一致させるようにしている。

このことから、比較例において、図９における点Ｘ’近傍での荷重の急激な上昇を、フィンレシーバー１の下降量を増加させることで緩和できることがわかる。また、図９における点Ｙ’近傍での荷重の急激な上昇を、フィンレシーバー１の下降量を増加させることで緩和でき、フィンカラーの破壊荷重を超えないようにできることがわかる。
このように、この実施の形態２によれば、拡管枚数が増えても、フィンカラーの大変形や放熱フィンの倒れが発生せず、均一な距離に保たれた放熱フィンで構成された熱交換器を高歩留まりで安価に製造できるという効果が得られる。特に、この実施の形態２は、拡管枚数が２００枚を超える熱交換器の拡管に適用すれば、著しい効果が得られる。

従って、フィンレシーバー１を下降させないで熱交換器の拡管動作における拡管枚数とフィンレシーバー１にかかる荷重との関係を予め測定しておき、フィンレシーバー１にかかる荷重が急激に上昇する拡管枚数の時点でフィンレシーバー１を下降させる下降モードを設定すればよい。この時、フィンレシーバー１にかかる荷重がフィンカラーの破壊荷重の６０〜９０％となるようにフィンレシーバー１の下降量を設定することが望ましい。つまり、フィンレシーバー１にかかる荷重がフィンカラーの破壊荷重の９０％を超えると、フィンカラー６ｂの座屈を発生させる可能性があり、フィンレシーバー１にかかる荷重がフィンカラー６ｂの破壊荷重の６０％未満となると、フィンカラー６ｂの変形量が少なく、放熱フィン６ａとヘアピン管７とが十分な接合強度を得られなくなる。
また、このフィンレシーバー１の下降モードによりフィンレシーバー１を下降させても、フィンカラー６ｂの縮み率はＡ％（１０〜３０％）を超えることがなく、フィンカラー６ｂの座屈の発生を防止することができる。

なお、上記実施の形態２では、Ｘ点まで（拡管初期）は一定速度で下降し、Ｘ点からＹ点まで（拡管中間期）は初期より速度を上げて下降し、さらにＹ点からＺ点まで（拡管進行の後期）はさらに速度を上げた状態で下降するようにフィンレシーバー１の下降モードを設定しているが、図１０に示されるように、拡管初期、拡管中間期および拡管進行の後期の三段階の下降量をとるようなステップ状のフィンレシーバー１の下降モードを設定してもよい。この場合においても、拡管動作における急激な荷重の上昇がフィンレシーバー１の下降により緩和され、かつ、各拡管枚数におけるフィンレシーバー１の下降量が各拡管枚数におけるフィンカラーの累積縮み量より大きくなるので、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態２では、フィンレシーバー１の下降速度を３段階に変えるものとしているが、フィンレシーバー１の下降速度は４段階以上に変えるようにしてもよい。この場合、フィンレシーバー１の下降モードは、図５に示される拡管枚数に対するフィンカラー６ｂの累積縮み量の変化曲線に沿ったものとなる。そこで、フィンレシーバー１の下降量がフィンカラー６ｂの累積縮み量より過度に大きくならず、放熱フィン６ａが拡管中に下方にずれ落ちてヘアピン管７に引掛かる不具合を確実に回避することができる。

実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３の拡管装置の要部の構成を示す正面図である。本実施の形態においては、フィンレシーバー１の両端部は、ガイドポスト１７を貫通させた弾性体によって支持されている。弾性体は、例えば縮設されたコイルバネ１８を使用する。マンドレル８を下降させると、ヘアピン管７の上方端部にビレット５が挿入されて拡管が開始される。ビレット５がさらに下降して放熱フィン６ａ群に到達すると、拡管前のフィンカラー６ｂに圧縮荷重が蓄積され始める。圧縮荷重はフィンレシーバー１からコイルバネ１８に伝わりガイドポスト１７に沿ってコイルバネ１８を縮める力に使われるので、拡管前のフィンカラー６ｂに蓄積される圧縮荷重が軽減される。拡管終了後、マンドレル８を上昇させ、ビレット５がヘアピン管７から抜けると、弾性体１８の圧縮荷重が開放されフィンレシーバー１は上昇して初期の位置に復帰する。

このような構成の拡管装置においては、昇降手段が、フィンレシーバー１とレシーバー台４との間に設けられた弾性体としてのコイルバネ１８であるので、フィンレシーバー１の昇降手段の構成を簡素化することができ、安価な設備とすることができる。

実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４の拡管装置の要部の構成を示す正面図である。本実施の形態においては、実施の形態３のコイルバネ１８に代わって、弾性体として、樹脂筒状部材２０が配設されている。樹脂筒状部材２０は、例えばゴムやウレタンなどを発泡させて筒状に成型して作製され、圧縮荷重が加わった際に気泡が潰れて変形量が大きくなるようにされている。

このような構成の拡管装置においては、昇降手段が、フィンレシーバー１とレシーバー台４との間に設けられた弾性体としての樹脂筒状部材２０であるので、フィンレシーバー１の昇降手段の構成をさらに簡素化することができ、さらに安価な設備とすることができる。

実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５の拡管装置の要部の構成を示す正面図である。本実施の形態においては、ヘアピンレシーバー２とレシーバー台４との間に２枚の絶縁板２２に上下方向に挟まれた振動手段としての振動子２３が配設されている。振動子２３には、図示しない電圧印加手段が電気的に接続されている。

拡管開始から拡管終了までの間、振動子２３は上下方向から電圧を連続または間欠的に印加されて、ヘアピンレシーバー２を上下方向（積層方向）に振動させる。具体的には、例えば６０Ｈｚの周波数の振動を振動子２３で発生させてヘアピン管７に伝えることで、ヘアピン管７とフィンカラー６ｂの見かけの摩擦抵抗を低減する。

こうすることにより、拡管を開始してフィンレシーバー１を下降させたとき、拡管前の放熱フィン６ａはヘアピン管７に係わることなく、下方に円滑に移動する。さらに、ビレット５とヘアピン管７の摩擦抵抗も低減されるため良好な拡管性能を得ることができる。また、振動子２３に印加する電圧の方向を横方向にすることで、ヘアピン管７に横方向（積層方向に対して直交する方向）の振動を伝えることも可能である。

このような構成の拡管装置においては、ヘアピンレシーバー２を振動させる振動手段をさらに有する。そして、ヘアピン管７に微小振動を伝えることでヘアピン管７の外周面とフィンカラー６ｂの内周面との間の摺動抵抗を軽減することができ、放熱フィン６ａを下方に円滑に移動させることができるので、局所的な圧縮荷重の集中によるフィンカラー６ｂの大変形や放熱フィン６ａの倒れを防止することができ、放熱フィン６ａが均一な距離に保たれた熱交換器６を得ることができる。

実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６の拡管装置の要部の構成を示す正面図である。本実施の形態においては、実施の形態５の振動子２３に代わって、振動手段としての超音波振動子２５が配設されている。
拡管開始から拡管終了までの間、超音波振動子２５は上下方向から電圧を連続または間欠的に印加されて、ヘアピンレシーバー２を上下方向に微小振動させる。具体的には、例えば６０Ｈｚの周波数の振動を超音波振動子２５で発生させてヘアピン管７に伝えることで、ヘアピン管７とフィンカラー６ｂの見かけの摩擦係数は約１／１０に減少する。

このような構成とすることで、拡管を開始してフィンレシーバー１を下降させたとき、拡管前の放熱フィン６ａはヘアピン管７に係わることなく、さらに円滑に移動する。また、ビレット５とヘアピン管７の摩擦抵抗もさらに低減される良好な拡管性能を得ることができる。また、超音波振動子２５に印加する電圧の方向を横方向にすることで、ヘアピン管７に横方向の微小振動を伝えることもできる。

内面に形成した螺旋溝が外表面に浮き出ることで表面粗さが大きくなった高性能伝熱管を用いると、ヘアピン管７の表面の摩擦抵抗が大きくなる。これに対して、本実施の形態においては、振動の周波数を高くすることでフィンカラー６ｂとの摩擦抵抗をさらに低減でき、放熱フィン６ａを下方に円滑に移動させることができる。このため局所的な圧縮荷重の集中によるフィンカラー６ｂの大変形や放熱フィン６ａの倒れを防止し、放熱フィン６ａが均一な距離に保たれた熱交換器６を得ることができる。

尚、上記実施の形態に於いて、熱交換器６の拡管装置１００は、所謂、縦型拡管装置を用いたが、必ずしも縦型拡管装置に限定されるものではなく、横型拡管装置であってもよく、要は熱交換器６を構成する多数の放熱フィン６ａに挿通されたヘアピン管７の一端側より拡管用のマンドレル８を圧入可能で、しかもヘアピン管７の湾曲部７ｂ側に、湾曲部７ｂを支持するヘアピンレシーバー２と、複数枚重ねられた放熱フィン６ａの下端部を支持するフィンレシーバー１とを有する拡管装置であれば、本願発明が適用可能であることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１の拡管装置の全体構成を示す正面図である。拡管動作におけるフィンカラーの変形挙動を模式的に示す断面図である。拡管した放熱フィンの枚数と拡管前のフィンカラーの縮み率の関係を示す関係図である。フィンカラーに圧縮荷重を加えて試験的に求めたフィンカラーへの荷重と縮み率の関係を示す関係図である。拡管枚数をＮ枚としたときのフィンカラーの累積縮み量を示す関係図である。この発明の実施の形態１の拡管装置におけるフィンレシーバーの下降モードを示す図である。この発明の実施の形態１の拡管装置におけるフィンレシーバーの下降モードの実施態様を示す図である。この発明の実施の形態２の拡管装置におけるフィンレシーバーの下降モードを示す図である。この発明の実施の形態２の拡管装置における拡管枚数とフィンレシーバー１にかかる荷重との関係を示す図である。この発明の実施の形態２の拡管装置におけるフィンレシーバーの下降モードの実施態様を示す図である。この発明の実施の形態３の拡管装置の要部の構成を示す正面図である。この発明の実施の形態４の拡管装置の要部の構成を示す正面図である。この発明の実施の形態５の拡管装置の要部の構成を示す正面図である。この発明の実施の形態６の拡管装置の要部の構成を示す正面図である。

符号の説明

１フィンレシーバー、２ヘアピンレシーバー、３油圧シリンダー（昇降手段）、４レシーバー台、５ビレット、６熱交換器、６ａ放熱フィン、６ｂフィンカラー、７ヘアピン管、７ａ直線部、７ｂ湾曲部、８マンドレル、９往復プレート（往復作動体）、１０加圧シリンダー（加圧駆動源）、１１位置検出センサ、１３油圧駆動源、１４流量調整弁、１５制御装置、１７ガイドポスト、１８コイルバネ（弾性体／昇降手段）、２０樹脂筒状部材（弾性体／昇降手段）、２２絶縁板、２３振動子（振動手段）、２５超音波振動子（振動手段）。

Claims

各々先端にビレットを有するマンドレルと、
前記マンドレルの後端を支持するとともに、略Ｕ字状のヘアピン管の直線部の軸方向に往復動自在に支持された往復作動体と、
前記往復作動体を昇降させ、前記ビレットを前記ヘアピン管の直線部に圧入することにより該直線部を拡管する加圧駆動源と、
前記ヘアピン管の湾曲部を支持するヘアピンレシーバーと、
前記ヘアピン管の前記湾曲部側に配設され複数枚重ねられた前記放熱フィンの端部を支持するフィンレシーバーと、
前記フィンレシーバーを前記ヘアピン管直線部の軸方向に昇降させる昇降手段と、
を有する拡管装置を用い、周縁部にフィンカラーが立設されてなる貫通穴を有し複数枚積層された放熱フィンと該放熱フィンの積層方向に該貫通穴に挿通された前記略Ｕ字状のヘアピン管を有する熱交換器に対して、該ヘアピン管の直線部を拡管して該フィンカラーに圧接することにより、該複数枚の放熱フィンを一体的に固着する熱交換器の拡管方法であって、
前記マンドレルを前記ヘアピン管の直線部の軸方向に下降させて前記ビレットを前記ヘアピン管直線部に圧入することにより該直線部を拡管する工程において、上記フィンレシーバーの下降量が拡管の進行による前記フィンカラーの累積縮み量より大きくなるように前記昇降手段により該フィンレシーバーを下降させることを特徴とする熱交換器の拡管方法。
前記マンドレルを前記ヘアピン管の直線部の軸方向に下降させて前記ビレットを前記ヘアピン管直線部に圧入することにより該直線部を拡管する工程において、
前記ビレットが最上位置の前記放熱フィンに到達すると、最下位置の前記放熱フィンの位置の前記直線部を拡管した時点での前記フィンカラーの総累積縮み量より大きな下降量まで上記フィンレシーバーを下降させ、その後該フィンレシーバーの下降量を維持することを特徴とする請求項１記載の熱交換器の拡管方法。
前記マンドレルを前記ヘアピン管の直線部の軸方向に下降させて前記ビレットを前記ヘアピン管直線部に圧入することにより該直線部を拡管する工程において、
上記フィンレシーバーの下降速度がステップ状に大きくなるように該フィンレシーバーを下降させることを特徴とする請求項１記載の熱交換器の拡管方法。
前記マンドレルを前記ヘアピン管の直線部の軸方向に下降させて前記ビレットを前記ヘアピン管直線部に圧入することにより該直線部を拡管する工程において、
上記フィンレシーバーの下降量がステップ状に大きくなるように該フィンレシーバーを下降させることを特徴とする請求項１記載の熱交換器の拡管方法。