JP2019130595A - 二重管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二重管の製造方法において、二重管の組立性を向上させること。【解決手段】外管３２の内部に内管２０が介装される二重管４０の製造方法であって、内管２０の内部に板状のフィン材１１を挿入し、フィン材１１の一部を内管２０に固定し、フィン材１１を芯金６０に支持させ、内管２０と芯金６０とを相対回転させ、芯金６０がフィン材１１を捩って螺旋フィン１０を成形する。【選択図】図７

Description

本発明は、外管の内部に内管が介装される二重管の製造方法に関する。

特許文献１には、内管と外管とからなる二重管を湾曲させる曲げ加工装置が開示されている。

上記曲げ加工装置は、内管の内部に挿入される内部芯金と、内管と外管との間に挿入される中間芯金と、内部芯金及び中間芯金が挿入された二重管を湾曲させる曲げダイスと、を備える。

上記曲げ加工装置は、内管及び外管を内部芯金及び中間芯金が挿入された状態で曲げダイスに沿って湾曲させるようになっている。

特開２００３−２４５７２２号公報

しかし、上記曲げ加工装置は、内部芯金及び中間芯金を二重管内で移動させる際に生じる摺動抵抗が大きいため、曲げ加工を円滑に行うことが難しい。

本発明は、二重管の製造方法において、二重管の組立性を向上させることを目的とする。

本発明のある態様によれば、外管の内部に内管が介装される二重管の製造方法であって、前記内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内管に固定し、前記フィン材を芯金に支持させ、前記内管と前記芯金とを相対回転させ、前記芯金が前記フィン材を捩って螺旋フィンを成形することを特徴とする二重管の製造方法が提供される。

上記態様によれば、芯金が相対回転することにより内管の内部で螺旋フィンが螺旋状に成形される。このため、二重管を製造するときに、螺旋状に成形された螺旋フィンを二重管の内部に挿入する工程が無くなる。よって、二重管の組立性を向上させることができる。

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、二重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、二重管を製造する工程を示す斜視図である。 図５は、二重管を製造する工程を示す斜視図である。 図６は、二重管を製造する工程を示す斜視図である。 図７は、二重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。 図９は、変形例に係る二重管を製造する工程を示す断面図である。 図１０は、二重管を製造する工程を示す断面図である。 図１１は、二重管を製造する工程を示す断面図である。

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、二重管４０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、二重管４０（外管３２）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。なお、製造装置５０は、内管２０と外管３２との間に挿入される芯金を備えない。

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。二重管４０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、二重管４０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、両者の間に二重管４０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によって送られる二重管４０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を用いて二重管４０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を二重管４０の内管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。二重管４０は、予め管３２を内管２０に嵌合し、外管３２の両端部を内管２０に接合することによって形成される。

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が二重管４０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二重管４０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。

上記曲げ加工時に、外管３２の曲げ加工部３４は、内管２０と外管３２との間に芯金を挿入することなく、内管２０の曲げ加工部２４に沿って円滑に曲げられる。これにより、駆動機構６５が芯金６０を駆動する駆動力が抑えられる。

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、二重管４０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、二重管４０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、螺旋フィン１０を内蔵した二重管４０が製造される。

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、芯金６０を内管２０の内部のみに挿入して内管２０及び外管３２を共に曲げる二重管４０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、内管２０の内部に挿入される芯金６０と、芯金６０を内管２０の内部に挿入して内管２０及び外管３２を共に曲げる曲げ加工機８０と、を備える二重管４０の製造装置５０を提供することができる。

二重管４０の曲げ加工時には、芯金６０を内管２０の内部に挿入し、芯金が内管２０と外管３２との間に挿入されない状態で、内管２０及び外管３２が共に曲げられる。これにより、芯金６０を二重管４０内で移動させる際に生じる摺動抵抗が小さく抑えられ、二重管４０の曲げ加工が円滑に行われる。

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二重管４０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、芯金６０が相対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、二重管４０を製造するときに、螺旋状に成形された螺旋フィン１０を二重管４０の内部に挿入する工程が無くなる。よって、二重管４０の組み立て性を向上させ、製造に要する時間を短縮することができる。

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を基準として二重管４０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と内管２０とを相対回転させながら内管２０の軸Ｏ方向に移動させてスリット６１から出て行くフィン材１１を捩ることで二重管４０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、二重管４０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、を有することで二重管４０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、二重管４０は、曲げ加工部２４の成形不良を抑制できる。

次に、図９〜１０に示す変形例に係る二重管４０の製造方法について説明する。

本変形例では、螺旋フィン１０が、二重管４０を曲げ加工する工程とは別工程で形成される。

製造装置５０は、中空筒状の芯金６８を備える。芯金６８の曲げ加工部２４を成形する先端部６９を有する。芯金６８の先端部６９は、前記芯金６０の先端部６４と同様の外形を有し、かつ螺旋フィン１０を挿通させる開口部（図示省略）を有する。

製造装置５０を用いて二重管４０を製造する場合には、以下の工程が順に行われる。

まず、図９に示すように、製造装置５０に二重管４０をセットする。

続いて、図１０に矢印Ｊで示すように、予め形成された螺旋フィン１０を芯金６８を通して内管２０の内部に挿入する。

続いて、図１１に矢印Ｉ示すように、曲げ加工機８０のロール型８１及びクランプ型８３が回動し、二重管４０を曲げ加工する。

二重管４０を曲げ加工時に、内管２０に対して芯金６８を回転させないようにし、芯金６８の先端部６９を内管２０の内面２１に当接させることにより、内管２０及び外管３２が円滑に成形される。

なお、上記した構成に限らず、二重管４０を曲げ加工時に、芯金６８の先端部６９が相対回転しながら内管２０の内面２１に摺接して内管２０及び外管３２が成型される構成としてもよい。

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。

又、製造装置５０は、芯金に板状のフィン材１１を通す過程で螺旋フィン１０を成形する構成としてもよい。

上記実施形態の二重管４０は、熱交換器を構成するもの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
１１ フィン材
１１Ａ 先端部
２０ 内管（管）
２１ 内面
２４ 曲げ加工部
４０ 二重管
６０、６８ 芯金
６１ スリット
６４Ａ 型部
６４Ｂ 型先端部
８０ 曲げ加工機

Claims (2)

1. 外管の内部に内管が介装される二重管の製造方法であって、
   前記内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内管に固定し、
   前記フィン材を芯金に支持させ、
   前記内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螺旋フィンを成形することを特徴とする二重管の製造方法。
2. 請求項１に記載の二重管の製造方法であって、
   前記芯金は、前記フィン材を支持するスリットを有し、
   前記芯金と前記内管とを相対回転させながら前記内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二重管の製造方法。

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