JP2018075621A - フィン内蔵管の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィン内蔵管の曲げ加工部の成形不良を抑制することを目的とする。
【解決手段】螺旋フィン１０（フィン）を支持する芯金６０を内管２０（管）の内部に挿入して内管２０を曲げることで、内管２０の内部に螺旋フィン１０を介装するフィン内蔵管３０の製造方法を提供する。
【選択図】図７

Description

本発明は、管の内部に螺旋フィンを介装するフィン内蔵管の製造方法及び製造装置に関する。

特許文献１には、パイプの内部に螺旋状の薄肉板を備える熱交換パイプが開示されている。

上記熱交換パイプの製造時には、まず、薄肉板が螺旋状に成形される。そして、螺旋状の薄肉板がパイプの内部に挿入される。

特開２００６−９８０３８号公報

上記熱交換パイプの製造時には、熱交換パイプを湾曲させる曲げ加工をすることがある。

しかし、上記熱交換パイプを曲げ加工する場合に、パイプの内部に螺旋状の薄肉板が挿入されているため、パイプの内部に芯金を挿入することができない。このため、熱交換パイプを曲げ加工しようとすると、湾曲する曲げ加工部にシワ等の成形不良が発生する虞がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、フィン内蔵管の曲げ加工部の成形不良を抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、管の内部にフィンを介装するフィン内蔵管の製造方法であって、前記フィンを支持する芯金を前記管の内部に挿入して前記管を曲げることを特徴とするフィン内蔵管の製造方法が提供される。

又、本発明の他の態様によれば、管の内部にフィンを介装するフィン内蔵管の製造装置であって、前記フィンを支持する芯金と、前記フィン及び前記芯金を前記管の内部に挿入して前記管を曲げる曲げ加工機と、を備えることを特徴とするフィン内蔵管の製造装置が提供される。

上記態様によれば、フィン内蔵管は、曲げ加工時にフィンを支持する芯金が管の内部に介在する。フィン内蔵管は、管の内面が相対回転する芯金に当接して成形されることにより、管の曲げ加工部にシワ等の成形不良が発生することが抑えられる。よって、フィン内蔵管は、曲げ加工部の成形不良を抑制できる。

図１は、本発明の実施形態に係る二重管を示す断面図である。 図２は、フィン内蔵管の製造装置を示す斜視図である。 図３は、芯金を示す平面図である。 図４は、フィン内蔵管を製造する工程を示す斜視図である。 図５は、フィン内蔵管を製造する工程を示す斜視図である。 図６は、フィン内蔵管を製造する工程を示す斜視図である。 図７は、フィン内蔵管を製造する工程を示す断面図である。 図８は、図７の一部を拡大した断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るフィン内蔵管３０（熱交換チューブ）が適用される二重管４０を示す断面図である。二重管４０は、空調装置（図示省略）の冷媒（流体）が循環する熱交換器として設けられる。

二重管４０は、内部に内側流路５１を形成する円筒状の内管２０と、内管２０のまわりに外側流路５２を形成する円筒状の外管３２と、を備える。内管２０の両端部には冷媒を導く配管（図示省略）が接続される。外管３２の両端部３６、３７は、内管２０の外周に接合される。外管３２は、冷媒を導く配管（図示省略）が接続される入口３８及び出口３９を有する。

外側流路５２には、図中矢印Ａ、Ｂで示すように、入口３８及び出口３９を通じて高温高圧の液状冷媒が流通する。内側流路５１には、図中矢印Ｃ、Ｄで示すように、低温低圧のガス状冷媒が流通する。二重管４０では、外側流路５２及び内側流路５１を流通する冷媒どうしが熱交換する。

内管２０の内部には、螺旋フィン１０が介装される。螺旋フィン１０は、後述するように、帯板状のフィン材１１が螺旋状に捩られることで成形される。フィン材１１の両端部１１Ａ、１１Ｂは、内管２０の内面２１に例えばカシメによって固定される。

二重管４０を構成する各部材３２、２０、１０は、例えばアルミニウム等の金属を材質とする。

内管２０及び螺旋フィン１０は、熱交換器の要素としてフィン内蔵管３０を構成する。フィン内蔵管３０では、内側流路５１を流通する冷媒が螺旋フィン１０に沿って螺旋状に旋回しながら流通することで、冷媒が内管２０を介して熱交換することが促される。

二重管４０は、設置されるスペースに対応して、その中程を湾曲させた湾曲部４４を有する。内管２０は、湾曲部４４を構成する曲げ加工部２４と、曲げ加工部２４から直線状に延在する直管部２３、２５と、を有する。外管３２は、湾曲部４４を構成する曲げ加工部３４と、曲げ加工部３４から直線状に延在する直管部３３、３５と、を有する。

次に、図２を参照して、フィン内蔵管３０の製造装置５０について説明する。

製造装置５０は、内管２０の内部に挿入する芯金６０と、内管２０の外周を把持するチャック７０と、内管２０の外周を摺動自在に支持して曲げ加工をする曲げ加工機８０と、を備える。

製造装置５０は、芯金６０を駆動する駆動機構６５と、チャック７０を駆動する駆動機構７５と、を備える。駆動機構６５は、矢印Ｅで示すように芯金６０を内管２０の軸Ｏまわりに回転駆動するとともに、矢印Ｆで示すように、芯金６０を軸Ｏ方向に移動させる。駆動機構７５は、チャック７０を矢印Ｈで示すように軸Ｏ方向に移動させる。駆動機構６５、７５及び曲げ加工機８０の作動は、コントローラ（図示省略）によって制御される。

曲げ加工機８０は、ロール型８１、圧力型８２、及びクランプ型８３を備える。ロール型８１は、曲げ中心軸Ｓを中心とする円弧状に延在する成形溝８１Ａを有する。圧力型８２は、軸Ｏ方向に延在するガイド溝８２Ａを有する。内管２０は、成形溝８１Ａとガイド溝８２Ａとの間に摺動自在に支持され、軸Ｏ方向に移動するように案内される。クランプ型８３は、内管２０の外周を把持するクランプ溝（図示省略）を有する。

曲げ加工時には、ロール型８１及びクランプ型８３は、両者の間に内管２０が把持された状態で、駆動機構（図示省略）によって曲げ中心軸Ｓを中心に回動する。これにより、駆動機構７５によって送られる内管２０は、成形溝８１Ａに沿って曲げられる。

芯金６０は、軸Ｏ方向に延在する円柱状の基端部６２、支持部６３、及び先端部６４と、支持部６３及び先端部６４にわたって開口するスリット６１と、を有する。

芯金６０の基端部６２は、駆動機構６５に連結される部位である。

芯金６０の支持部６３は、基端部６２に対して先端部６４を支持する部位である。支持部６３は、基端部６２及び先端部６４より縮径して形成され、内管２０の内面２１に間隙をもって軸Ｏ方向に延在する。これにより、芯金６０の摺動抵抗が小さく抑えられる。

図３に示すように、先端部６４は、内管２０の内面２１に摺接する型部６４Ａと、型部６４Ａから軸Ｏ方向に次第に縮径するように延在する型先端部６４Ｂ及び先端逃げ部６４Ｃと、を有する。

型部６４Ａは、円柱状に形成される。型部６４Ａの外周面は、内管２０の内面２１に間隙をもって対峙する。型部６４Ａは、後述するように、曲げ加工時に相対回転しながら曲げ加工部２４の近傍で内管２０の内面２１に当接して、曲げ加工部２４を成形するようになっている。

型先端部６４Ｂは、型部６４Ａから段差なく縮径する紡錘状に形成される。型先端部６４Ｂの外周面は、型部６４Ａの外周面から曲折することなく曲面状に延在している。型先端部６４Ｂは、後述するように、曲げ加工時に相対回転しながら曲げ加工部２４の内面２１に当接し、曲げ加工部２４を成形するようになっている。

先端逃げ部６４Ｃは、型先端部６４Ｂからさらに縮径して突出する。先端逃げ部６４Ｃは、後述するように、曲げ加工時に曲げ加工部２４の内面２１に干渉しないようになっている。

スリット６１は、一定の開口幅を有して軸Ｏ方向に延在する間隙であり、芯金６０に収容されるフィン材１１を支持する支持壁部を形成する。スリット６１の開口端部６１Ａは、次第に開口幅が増大して先端逃げ部６４Ｃに開口している。

次に、製造装置５０を用いてフィン内蔵管３０を製造する方法について説明する。

まず、図２に矢印Ｇで示すように、フィン材１１を内管２０に挿入する。そして、内管２０の外周をカシメることによって、フィン材１１の先端部１１Ａを内管２０に固定する。

なお、上記した構成に限らず、例えば、フィン材１１の先端部１１Ａを内管２０の内面２１に圧入して内管２０に固定する構成としてもよい。

続いて、図４に示すように、芯金６０を内管２０に挿入する。このとき、芯金６０のスリット６１にフィン材１１が挿入される。

続いて、図５、６に矢印Ｈで示すように、内管２０を芯金６０に対して軸Ｏ方向に移動するとともに、図５、６に矢印Ｅで示すように、芯金６０を内管２０に対して一方向に回転させる。

これにより、芯金６０のスリット６１から出ていくフィン材１１は、先端部１１Ａを支点として捩られる。こうして、内管２０の直管部２５の内部で螺旋フィン１０が形成される。

続いて、図７、８に示すように、曲げ加工機８０を作動して内管２０を曲げる。このときに、ロール型８１及びクランプ型８３が内管２０を把持した状態で矢印Ｉで示すように曲げ中心軸Ｓを中心に回動する。これにより、駆動機構７５によって矢印Ｈで示すように送られる内管２０は、円弧状の成形溝８１Ａに沿って曲げられる。

上記曲げ加工時に、内管２０は、その内面２１に芯金６０の先端部６４の外周が当接することによって曲げ加工部２４が成形される。

上記曲げ加工時に、曲げ加工部２４の内側に位置する湾曲内側部分２４Ａでは、圧縮応力が生じるが、その近傍で円柱状の型部６４Ａが内管２０の内面２１に当接することによって、座屈することが抑えられる。これにより、湾曲内側部分２４Ａには、図８に２点鎖線で示すように、シワ２４Ｃ等の成形不良が発生することが抑えられる。

上記曲げ加工時に、曲げ加工部２４の外側に位置する湾曲外側部分２４Ｂでは、引張応力が生じるが、紡錘状の型先端部６４Ｂが相対回転してその内面２１に当接することによって、その円弧形状をした断面形状が維持される。これにより、湾曲外側部分２４Ｂでは、図８に２点鎖線で示すように、その断面形状が過度に扁平になった部位２４Ｄが形成されることが抑えられる。

コントローラは、上記曲げ加工時に、駆動機構７５によって内管２０を矢印Ｈで示すように軸Ｏ方向に送る移動速度に対して駆動機構６５によって芯金６０を矢印Ｅで示すように回転させる回転速度を低下させる制御を行う。こうして、螺旋フィン１０は、フィン材１１が軸Ｏについて一定角度だけ捩れる軸Ｏ方向の長さ（螺旋ピッチ）が直管部２３、２５に比べて曲げ加工部２４で大きくなるように形成される。これにより、曲げ加工部２４では、その内部に配置されるフィン材１１の角度に応じて螺旋フィン１０の曲げ剛性の変化することが小さく抑えられる。よって、曲げ加工部２４の成形精度を高められる。

上記曲げ加工が行われた後に、曲げ加工機８０は、内管２０を把持していたクランプ型８３を退避位置に移動させる。そして、内管２０を芯金６０に対して軸Ｏ方向に移動するとともに、芯金６０を回転させることで、内管２０の直管部２３の内部に螺旋フィン１０を形成する。

そして、内管２０の外周をカシメることによって、フィン材１１の基端部１１Ｂを内管２０に固定する。

こうして、フィン内蔵管３０が製造される。その後、フィン内蔵管３０に分割構造をした外管３２を組み立てて内管２０に接合することで、二重管４０が製造される。

なお、上記した構成に限らず、内管２０に外管３２を接合した後に、製造装置５０を用いてフィン内蔵管３０を製造する構成としてもよい。この場合、製造装置５０は、曲げ加工機８０を用いて内管２０及び外管３２を共に曲げ加工する。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態によれば、螺旋フィン１０（フィン）を支持する芯金６０を内管２０（管）の内部に挿入して内管２０を曲げることで、内管２０の内部に螺旋フィン１０を介装するフィン内蔵管３０の製造方法を提供することができる。

又、本実施形態によれば、螺旋フィン１０を支持する芯金６０と、フィン及び芯金６０を内管２０の内部に挿入して内管２０を曲げる曲げ加工機８０と、を備える。これにより、内管２０の内部に螺旋フィン１０を介装するフィン内蔵管３０の製造装置５０を提供することができる。

フィン内蔵管３０の製造方法及び製造装置５０では、フィン内蔵管３０は、曲げ加工時にフィンを支持する芯金６０が内管２０の内部に介在する。フィン内蔵管３０は、内管２０の内面２１が相対回転する芯金６０に当接して成形されることにより、内管２０の曲げ加工部２４にシワ２４Ｃ等の成形不良が発生することが抑えられる。よって、フィン内蔵管３０は、曲げ加工部２４の成形不良を抑制できる。

又、本実施形態によれば、内管２０の内部に板状のフィン材１１を挿入し、フィン材１１の先端部１１Ａ（一部）を内管２０に固定し、内管２０と芯金６０とを相対回転し、芯金６０がフィン材１１を捩って螺旋フィン１０を螺旋状に成形することでフィン内蔵管３０を製造する製造方法を提供することができる。

これにより、フィン内蔵管３０は、芯金６０を回転することにより、内管２０の内部で螺旋フィン１０が螺旋状に成形される。このため、フィン内蔵管３０を製造するときに、螺旋状に成形された螺旋フィン１０を内管２０の内部に挿入する工程が無くなる。よって、フィン内蔵管３０の組み立て性を向上させることができる。

そして、螺旋フィン１０は、内管２０に固定されたフィン材１１の先端部１１Ａを基準として内管２０の所定位置に介装することができる。

なお、フィン材１１を内管２０に固定する部位は、先端部１１Ａに限らず、フィン材１１の中程の部位であってもよい。

又、本実施形態によれば、芯金６０は、フィン材１１を収容するスリット６１を有し、芯金６０を内管２０に対して回転させながら内管２０の軸Ｏ方向に相対移動させてスリット６１から出て行くフィン材１１を捩ることでフィン内蔵管３０を製造する製造方法を提供することができる。

これにより、コントローラが駆動機構７５によって芯金６０を内管２０の軸Ｏ方向に移動する移動速度と、芯金６０を回転させる回転速度とを変えることにより、内管２０に対して任意の位置でフィン材１１を捩ることができる。よって、フィン内蔵管３０は、内管２０に対するフィン材１１の捩れ位置を任意に設定することができる。

又、本実施形態によれば、芯金６０は、曲げ加工される前の内管２０の内面２１に当接する型部６４Ａと、型部６４Ａから縮径して内管２０の曲げ加工部２４の内部に臨むように突出する型先端部６４Ｂと、を有することでフィン内蔵管３０を製造する製造方法を提供することができる。

これにより、内管２０の曲げ加工部２４では、相対回転する芯金６０の型部６４Ａが曲げ加工される前の内管２０の内面２１に当接することにより、曲げ加工によって圧縮される湾曲内側部分２４Ａにシワ２４Ｃ等の成形不良が発生することが抑えられる。そして、曲げ加工部２４では、曲げ加工によって引っ張られる湾曲外側部分２４Ｂが相対回転する芯金６０の型先端部６４Ｂに当接することにより、扁平になることが抑えられる。こうして、フィン内蔵管３０は、曲げ加工部２４の成形不良を抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、製造装置５０は、芯金６０を内管２０の内部に挿入して回転させる構成とした。これに限らず、製造装置５０は、芯金６０を回転することなく、芯金６０を介して内管２０の内部にフィン材１１を介装する構成としてもよい。この場合に、フィン内蔵管３０は、内管２０の内部に平板状のフィンを有するものとなる。

上記実施形態のフィン内蔵管３０は、熱交換器を構成する熱交換チューブとして好適であるが、熱交換器以外に使用される機械又は設備にも適用できる。

１０ 螺旋フィン（フィン）
１１ フィン材
１１Ａ 先端部
２０ 内管（管）
２１ 内面
２４ 曲げ加工部
３０ フィン内蔵管
６０ 芯金
６１ スリット
６４Ａ 型部
６４Ｂ 型先端部
８０ 曲げ加工機

Claims (5)

1. 管の内部にフィンを介装するフィン内蔵管の製造方法であって、
   前記フィンを支持する芯金を前記管の内部に挿入して前記管を曲げることを特徴とするフィン内蔵管の製造方法。
2. 請求項１に記載のフィン内蔵管の製造方法であって、
   前記管の内部に板状のフィン材を挿入し、
   前記フィン材の一部を前記管に固定し、
   前記管と前記芯金とを相対回転し、前記芯金が前記フィン材を捩って前記フィンを螺旋状に成形することを特徴とするフィン内蔵管の製造方法。
3. 請求項２に記載のフィン内蔵管の製造方法であって、
   前記芯金は、前記フィン材を収容するスリットを有し、
   前記芯金を前記管に対して相対回転させながら前記管の軸方向に相対移動させて前記スリットから出て行く前記フィン材を捩ることを特徴とするフィン内蔵管の製造方法。
4. 請求項３に記載のフィン内蔵管の製造方法であって、
   前記芯金は、
   曲げ加工される前の前記管の内面に当接する型部と、
   前記型部から縮径して前記管の曲げ加工部の内部に臨むように突出する型先端部と、
   を有することを特徴とするフィン内蔵管の製造方法。
5. 管の内部にフィンを介装するフィン内蔵管の製造装置であって、
   前記フィンを支持する芯金と、
   前記フィン及び前記芯金を前記管の内部に挿入して前記管を曲げる曲げ加工機と、を備えることを特徴とするフィン内蔵管の製造装置。

Images