JP5983491B2 - スパイラルフィン型熱交換器の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車に搭載される種々の装置用熱交換器として使用される、スパイラルフィン型熱交換器を製造するための方法および装置に関する。

従来から、自動車の冷却系、駆動系、空調系等には、種々の熱交換器が使用されている。一般的な熱交換器は、円筒状の伝熱チューブの外周に多数のリング状フィンを所定間隔で挿通配置したフィン付チューブを基本単位として有し、このフィン付チューブを複数並列配置して、チューブ内外を流通する流体間の熱伝達を行なう。また排気系で使用される排気熱回収器のように耐食性、耐熱性が求められる熱交換器がある。このような環境下では、フィン付チューブは通常ステンレス鋼からなり、チューブ・フィン間をロー付け等により接合して構成される。

一方、多数のリング状フィンに代えて、細い短冊状のフィンが連なったスパインフィンを、伝熱チューブの外周に螺旋状に巻き付けたフィン付チューブが提案されている。一例として、特許文献１には、図２３に示すように、伝熱チューブ１０１の外周に予め溝加工を施して、螺旋状の嵌合溝１０２を形成し、スパインフィン１０３の底部を嵌合溝１０２に保持させる構成が開示されている。このスパインフィン熱交換器は、空調装置の冷凍サイクル等に用いられるもので、スパインフィン１０３の底部は、嵌合溝１０２の形状の沿うコ字状に成形され、接着剤を施した後、嵌め合いにより接合される。

特開平７−３５４８９号公報

近年、熱交換器のさらなる性能向上のために、熱交換量の増加とフィンピッチの精度が要求されている。ところが、一般的なフィン付チューブでは、伝熱面積を増加させようとすると、フィン枚数が増大して製作に多大な手間を要する。また、排気系のように温度差の大きい環境下で使用される場合、チューブ・フィン間に介在するロー材との線膨張係数差に起因した変形等が生じ、熱交換性能を低下させるおそれがあった。

そこで、ロー材を用いない接合方法として、チューブ外周にフィンを螺旋状に巻き付けながら溶接する方法を検討した。この場合、フィンピッチに応じて巻き付け数を可変させることによってフィンの総面積を増減させることができるが、巻き付け形状やフィンピッチを精度よく調整することは容易でない。このため、フィンピッチを確保するには、特許文献１のように、チューブ外周に溝加工が別に必要となり、特に、ステンレス鋼のように剛性の高い材料へ適用しようとすると、製作加工にかかる手間が大きくなる。

また、図２４に示すように、巻き取り時にフィンが軸方向に倒れ、あるいは溶接時の熱歪によってフィンピッチにばらつきが発生して、隣り合うフィン同士が重なり、熱交換量を損失する不具合があった。この時、図２５に示すように、伝熱面積を広くするために短冊状のフィンを幅広とするほど、倒れやすくなるだけでなく、チューブとフィンとの密着性が低下して隙間が発生し、伝熱性を低下させる問題があった。

本発明は上記課題を解決するもので、チューブ外周にフィンを螺旋状に巻き付けたスパイラルフィンを溶接して熱交換器を製造する際に、チューブに溝加工の必要がなく、フィンの倒れや隙間の発生を抑制し、チューブとフィンの密着性および均一なフィンピッチを確保して、熱交換効率に優れる高性能な熱交換器を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、円筒状のチューブ外周にフィンを螺旋状に巻き付けて溶接接合したスパイラルフィン型熱交換器を製造するための方法であって、
上記フィンは、上記チューブの外周面に溶接固定される帯状のフィン基部と、該フィン基部から垂直に立ち上がるフィン本体部からなり、
上記チューブを挟んで、回転可能な円盤状の給電電極と上記チューブの先端側を回転かつ軸方向動可能に支持するアース電極を対向配置し、上記給電電極と上記チューブの間に、上記フィンを予め設定した螺旋角度となるように案内する工程と、
上記フィン本体部の側面を、上記給電電極との間に上記フィン本体部を保持する隙間を形成するフィンガイドで保持しながら、上記給電電極と上記チューブの間に上記フィン基部を挿通し、上記給電電極に付与される荷重を調整する荷重調整手段で上記フィン基部を上記チューブに押圧する工程と、
上記チューブを回転しながら軸方向に送ることにより、上記フィン基部を上記チューブ外周に沿う円弧状に成形する工程と、
上記給電電極に通電して、上記給電電極と上記アース電極の間に保持される上記フィン基部と上記チューブを溶接する工程と、を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、円筒状のチューブ外周にフィンを螺旋状に巻き付けて溶接接合したスパイラルフィン型熱交換器を製造するための装置であって、
上記フィンは、上記チューブの外周面に溶接固定される帯状のフィン基部と、該フィン基部から垂直に立ち上がるフィン本体部からなり、
上記チューブの基端側を保持するチューブ把持部を有し、該チューブ把持部とともに上記チューブを回転しながら軸方向に送るチューブ送り機構と、
上記チューブの先端側を回転かつ軸方向動可能に支持するアース電極と、上記チューブを挟んで上記アース電極と対向し回転可能な円盤状の給電電極と、両電極に接続される溶接電源と、上記給電電極との間に上記フィン本体部を保持する隙間を形成するフィンガイドと、上記給電電極に付与される荷重を調整する荷重調整手段を備える溶接部と、
上記給電電極と上記チューブの間に上記フィン基部が挿通されるように、上記フィンを予め設定した螺旋角度で案内するフィン受け溝を有するフィン案内部と、を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、上記給電電極が、上記荷重調整手段の荷重が付加される給電電極用ホルダと、該給電電極用ホルダに回転可能に支持される円盤状の回転電極を有し、上記給電電極用ホルダから突出する上記回転電極の外周縁部が、上記フィン基部を上記チューブに押圧する。

本発明の請求項４に記載の発明は、上記給電電極の上記回転電極が、上記チューブに対し予め設定した螺旋角度で配置される。

本発明の請求項５に記載の発明は、上記アース電極が、上記チューブの下端側を回転かつ軸方向動可能に支持する受け台を有し、該受け台を上記チューブの進行方向に対して上記回転電極より後方に配置する。

本発明の請求項６に記載の発明は、上記フィン案内部が、上記チューブの側方に位置し、上面が上記チューブの上端部へ向けて上り傾斜する傾斜台を有し、該傾斜台の上面に上記フィン受け溝を予め設定した螺旋角度で形成する。

本発明によれば、円筒状のチューブ外周に、予め設定した螺旋角度となるようにフィンを案内し、アース電極に支持されるチューブと円盤状の給電電極の間に、フィン基部を挿入する一方、フィン本体部をフィンガイドに支持させる。この状態で、給電電極で押圧することにより、フィンをチューブに押し付け、さらにチューブを回転させつつ前進させる。これにより、フィンが巻き取られながらチューブ外周に沿って成形され、フィン基部がチューブに密着して、隙間のない円弧状とすることができる。また、フィン本体部の側面はフィンガイドで保持されるので、フィンの倒れ等が抑制される。そして、給電電極とアース電極の間に通電することによって、チューブとフィン基部が良好に溶接され、熱歪によるフィンばらつきも抑制できる。

したがって、ステンレス鋼のように剛性の高い材質のチューブであっても適用可能で、成形性よくチューブ周りに螺旋状のフィンを巻き付けることができる。よって、チューブに溝加工を施すことなく、チューブとフィンの密着性を向上させ、均一なフィンピッチを確保して、高い熱交換性能を有する熱交換器を得ることができる。

本発明の第１実施形態におけるスパイラルフィン型熱交換器の製造装置の全体構成を示す平面図および側面図である。 図３のＡ矢視図である。 第１実施形態における製造装置の正面図である。 第１実施形態における製造装置の初期位置および終了位置を示す要部拡大図である。 第１実施形態の製造装置を用いた製造方法を説明するための主要部概略図である。 スパイラルフィン付チューブの完成形状を示す断面図である。 スパイラルフィン付チューブの構成部材の具体的形状例を示す断面図である。 スパイラルフィン付チューブの構成部材の他の形状例を示す断面図である。 第１実施形態における給電電極の具体的形状例を示す断面図である。 第１実施形態における製造装置の正面図およびそのＢ−Ｂ断面図である。 第１実施形態における溶接部の作動を説明するための図である。 第１実施形態の溶接部にコの字フィンを挿入した状態を示す要部拡大図である。 第１実施形態の溶接部にＬの字フィンを挿入した状態を示す要部拡大図である。 第１実施形態のフィン案内部にフィンを挿入した状態を示す要部拡大図である。 第１実施形態の製造装置を用いた製造工程を説明するための要部拡大図である。 第１実施形態の製造装置を用いた製造工程を説明するための要部拡大図である。 第１実施形態の製造装置による効果を説明するための要部拡大図である。 図１７のＤ部拡大図である。 第１実施形態におけるフィンガイドの効果を説明するための要部拡大図である。 フィンの成形性を説明するためのチューブとフィンの概略斜視図である。 第２実施形態におけるフィン形状を示す概略図である。 第３実施形態におけるフィン形状を示す概略図である。 従来のフィン付チューブ形状を示す全体斜視図である。 従来のフィン付チューブにおける不具合を示す模式的な図である。 従来のフィン付チューブにおける不具合を示す模式的な図である。

以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。本発明が適用されるスパイラルフィン型熱交換器は、スパイラルフィン付チューブを多数平行配設した熱交換部を備え、自動車に搭載される種々の熱交換器として利用される。図１〜３に示す製造装置１は、スパイラルフィン型熱交換器を構成するスパイラルフィン付チューブを製造するための装置であり、図４、５にその主要部を拡大して示す。図４上段は、初期位置のチューブ２１であり、軸方向に送りながらその外周にフィン２２を螺旋状に巻き付けて、図４下段に示すスパイラルフィン付チューブ２とする。図５は、図４の製造装置１をチューブ２１の進行方向から見た図で、チューブ２１の外周にフィン２２を案内し、チューブ２１の外周に沿って成形しながら巻き取り、溶接接合する一連の工程を連続的に行って、所定長のスパイラルフィンとする。この製造装置１の各部構成と製造工程の詳細については、後述する。

図７は、図６に完成形状を示すスパイラルフィン付チューブ２を構成する各部形状例で、チューブ２１は細長い円筒管形状であり、フィン２２は、細長い帯状のフィン基部２３と、フィン基部２３の長手方向の側縁部から垂直に立ち上がる縦壁状のフィン本体部２４からなり、全体が略コの字形状となっている。フィン本体部２４は、多数の短冊状のフィン片２５が小間隔をおいて軸方向に並び、基端側が基部２３と一体となっている。フィン基部２３の幅は、図６におけるフィンピッチＦｐに対応し、所定の螺旋角度でフィン２２をチューブ２１に巻き付けることにより、フィン片２５が所定のフィンピッチＦｐで整列する所定長のスパイラルフィンとなる。フィン基部２３は、チューブ２１に巻き付けられた後、図示する軸方向中央部を連続溶接し、あるいはフィン片２５毎に対応するフィン基部２３中央部をスポット溶接することによって、チューブ２１と接合される。図８に示すように、フィン本体部２４を、基部２３の一方の側縁部のみに形成し、全体を略Ｌの字形状とすることもできる。

スパイラルフィン付チューブ２の材質は、必ずしも制限されないが、耐熱性、耐酸化性を有し、溶接性の良好な材料、例えばステンレス鋼が好適に用いられる。このような材料は、自動車用の排気系に設置され、高温の排気に晒される環境下で使用される熱交換器にも好適である。ただし、ステンレス鋼は、比較的剛性が高く、フィン基部２３をチューブ２１に沿って巻き取る際に、密着性が不十分であると熱交換性能が低下する。また、巻き取り時に生じる応力でフィン本体部２４が倒れやすくなり、溶接時の熱歪によりフィンピッチのばらつきを生じるおそれがある。本発明の製造装置１は、これら不具合を防止しながら、効率よくスパイラルフィン付チューブ２を製作するために、各部構成を工夫している。

図１において、製造装置１は、長方形の基台１１上に、チューブ２１の基端側（図の右端側）がチューブ把持部３１に支持固定されるチューブ送り機構３と、チューブ２１周りにフィン２２を巻き取り、成形しながら溶接する溶接部４と、溶接部４へ向けてフィン２２を形状保持しながら送り出すフィン案内部５とを配設してなる。溶接部４は、給電電極４１およびアース電極４２を有し、これら電極に通電するための溶接電源４３と溶接用配線１２で接続されている。また、給電電極４１に上方から荷重を付与する荷重調整手段６が設置される。この荷重調整手段６、溶接電源４３、チューブ送り機構３の駆動用モータ３２は、制御手段１４と信号線１３で接続されている。荷重調整手段６は、エア配管１５へのエアの供給・排出を切り替える電磁弁を制御手段１４で制御する。

チューブ送り機構３は、基台１１の中央に配置したスライド台３３を、長手方向に延びるガイドレール３４にスライド可能に支持し、スライド台３３上に一対の軸受け３６を設けて、送り軸３５を回転可能に支持している。送り軸３５は、その一端側（図の左端側）にチューブ把持部３１を有し、他端側（図の右端側）に設けたモータ３２で回転駆動される。送り軸３５は、例えば３０度台形ねじであり、その中間部外周に、３０度台形ねじ用の固定ナット３７が装着されている。ナット３７は基台１１上に固定されており、送り軸３５をモータ３２で回転駆動すると、固定ナット３７に対して送り軸３５が相対移動する。すなわち、送り軸３５と一体のチューブ把持部３１およびモータ３２ごとスライド台３３が軸方向に移動することになる。したがって、図４のように、チューブ把持部３１から突出するチューブ２１の先端側（図の左端側）を、回転させながら前進させることができ、チューブ２１の回転と送りを同期させることで、所望のピッチでフィン２２を巻き取り可能となる。

図２、３において、溶接部４は、基台１１上に固定されるアース電極４２の上面に接して、チューブ２１を支持する受け台４４を配置し、その上方に配置した給電電極用ホルダ４５に、円盤状の給電電極４１を回転可能に保持している。受け台４４は、上面にチューブ２１の軸方向に延びる半円弧状の凹溝を有して、チューブ２１の下半部外周を回転可能かつ軸方向に摺動可能に保持し、実質的にアース電極４２として機能する。アース電極４２の上面に凹溝を加工することも可能であるが、受け台４４を別体とすることで、チューブ支持位置の調整やチューブ２１径に応じた交換等が容易になる。

給電電極４１を保持する給電電極用ホルダ４５の上面には、荷重調整手段６の荷重調整ばね６１が当接し、エアシリンダ６２の作動に伴って荷重が付与される。エアシリンダ６２は、図１の制御手段１４によって駆動される電磁弁が一対のエア配管１５を開閉駆動することによって、エアの供給・排出を制御する。これにより、給電電極４１が上下動可能となり、給電電極４１の下端外周縁部と、受け台４４上のチューブ２１との間に挿通されるフィン２２の押圧力を調整可能となる。給電電極用ホルダ４５は、エアシリンダ６２の軸線周りに回動可能に設けられ、チューブ２１の外周面に対する給電電極４１の当接位置を調整可能となっている。具体的には、チューブ送り機構３によるチューブ２１の送りピッチに合わせて、チューブ２１の軸直断面に対する給電電極４１の傾き角度θ１を設定するとよく、巻き取られたフィン２２を所望の螺旋角度を有するスパイラルフィンとすることができる。

図１、５において、フィン案内部５は、溶接部４の側方に配置される傾斜台５１を有し、チューブ２１の上端部付近へ向けて上り傾斜する上面に、フィン２２の基部２３を支持するフィン受け溝５２を設けている。フィン受け溝５２は、給電電極５１と対向するチューブ２１の上端部外周に、フィン２２が所定の角度で送られるように案内するためのもので、傾斜配置される給電電極４１の傾き角度θ１に合わせて形成される。フィン受け溝５２の上端部は、給電電極４１とアース電極５２の対向部付近に位置し、ここでは、傾斜台５１の上端から下端へ、送り方向の前方から後方へ斜めに横切るように傾斜させて形成される。傾斜台５１の上端部において、フィン受け溝５２の上方には、フィン押さえ５３が設置されて、フィン２２を上方から荷重用ばねまたはねじ締結により押さえて（例えば、荷重３０〜１００Ｎ程度）、形状を維持しながら溶接部４の溶接位置へ確実に案内し、Ｒ成形を補助する。次いで、フィン受け溝５２から溶接部４の両電極間へ供給されるフィン２２を、巻き取りながらＲ成形し、溶接前に形状を整える。

図９、１０は、給電電極４１の詳細構造であり、円盤状の回転電極４１１が給電電極用ホルダ４５の両側面間に位置し、回転電極４１１の中心を貫通する回転電極の軸４１２が、軸受けとなる給電電極用ホルダ４５の両側面に設けた穴に挿通される。回転電極４１１の下端部は、給電電極用ホルダ４５の下端開口から下方に突出し、チューブ２１の上端部近傍に位置している。これにより、給電電極４１は、給電電極用ホルダ４５内に回転可能に軸支され、給電電極用ホルダ４５の上面に加えられる荷重によりフィン２２をチューブ２１に押圧しながら回転することができる。回転電極４１１は、給電電極用ホルダ４５から露出する外周部が薄肉となっており、その両側面を覆うように、フィンガイド７が装着される。

図１１、１２中に拡大して示すように、フィンガイド７は、給電電極４１の両側面に密着する厚肉の内周部７１と、給電電極４１の両側面と間隙を有して近接する薄肉の外周部７２からなる。環状のフィンガイド７は、外径が給電電極４１よりわずかに小さく、その先端縁部と対向するチューブ２１との干渉を回避している。給電電極４１の先端縁部とチューブ２１との隙間には、フィン２２のフィン基部２３が挿通され、給電電極４１の両側面部とフィンガイド７の外周部７２との隙間には、フィン２２のフィン本体部２４が挿通される。この状態で、給電電極４１に所定の荷重を付与し、フィン２２をチューブ２１に押圧しながら、溶接電源４３に通電すると、図１１中に矢印で示すように、溶接電源４３のプラス端子、給電電極用ホルダ４５、回転電極の軸４１２、回転電極４１１、フィンガイド７、フィン２２のフィン基部２３、チューブ２１、受け台４４、アース電極４２、溶接電源４３のマイナス端子、の順に電流が流れ、フィン２２とチューブ２１の間で発熱して溶接される。

ここで、アース電極４２となる受け台４４は、チューブ２１を挟んで上方に位置する給電電極４１と同一面内に位置せず、チューブ２１に対して進行方向と反対側（図の右側）に、オフセットして配置される。これにより、チューブ２１に巻き取られてその外周に張り出すフィン２２のフィン本体部２４と、アース電極４２上の受け台４４が干渉するのを防止することができる。

また、溶接時には、回転電極４１１とフィンガイド７の外周部７２とで、フィン本体部２４の側面を両側から支持しているので、フィン２２に加わる熱歪を矯正できる。したがって、図１２に示すように、フィン形状を維持したままフィン２２を巻き付けことができ、フィンピッチの精度を向上させる。図１３は、同一のフィンガイド７を、図８のＬの字形状のフィン２２に適用した場合であり、フィン本体部２４は、フィンガイド７の進行方向側の隙間に挿通保持され、同様の効果が得られる。

好適には図１４に示すように、フィン案内部５のフィン押さえ５３に、フィン受け溝５２内に突出する突起５３１を設けるとよい。この突起５３１は、フィン受け溝５２の上端部近傍において、フィン基部２３の幅およびフィン受け溝５２の深さに合わせて形成され、コの字状のフィン２２に上方から挿入されてフィン基部２３に当接する。フィン押さえ５３は、傾斜台５１の上面に突設した径止部５４に当接支持され、荷重用ばねまたはねじ締結により荷重を加えることで、フィン２２をフィン受け溝５２の側面および底面と突起５３１の間に保持する。これにより、溶接部４に案内されるフィン２２を拘束し、給電電極４１とフィンガイド７の隙間にスムーズに挿入することができる。

図１５、１６により、本発明の製造装置１を用いてスパイラルフィン付チューブ２を製造する工程を順に説明する。まず、工程１（チューブセット）で、図１のチューブ把持部３１に保持させたチューブ２１の先端を、アース電極４２の受け台４４上面にセットする。この時、給電電極４１とフィンガイド７はチューブ２１のセットをスムーズにするために上方に離れて配置される。次いで、工程２（電極下降）で、図３のエアシリンダ６２を作動させ、フィン２２を挿入可能な位置まで、給電電極４１とフィンガイド７を下降させる。工程３（フィン挿入）で、図１のフィン案内部５にセットされたフィン２２の先端部を、給電電極４１下端部の隙間（回転電極４１１とフィンガイド７の間）に挿入し、工程４（電極下降）で、給電電極４１をさらに下降させて、所定の荷重を印加し、フィン２２をチューブ２１に押圧する。この時、図４の初期位置となる。

続く工程５（フィン材Ｒ成形）、工程６（溶接）は、図１のチューブ送り機構３を作動させ、チューブ２１を回転しながら前進させることで、連続的に行なわれる。工程５は、チューブ送り機構３の作動により、フィン２２の先端部を溶接部４に保持させた状態で、チューブ２１を回転させる。そして図中Ｃ−Ｃ断面に示すように、直線状のフィン基部２３をチューブ２１の外周に沿う形状にＲ成形する。次いで工程６で、図１の溶接電源４３に通電し、アース電極４２と給電電極４１の間のフィン２２とチューブ２１を溶接する。さらにチューブ２１を回転させると、フィン２２が順にＲ成形されながら、溶接部４の両電極間に送られ、溶接される。これを繰り返すことで、フィン２２が螺旋状に巻き取られる。工程５、６を継続し、所定長のスパイラルフィンが巻き取られ、図４の終了位置となったら、チューブ送り機構３を停止する。そして、工程７（電極上昇）で、給電電極４１とフィンガイド７を上昇させ、工程８（製品取出）で、完成形状のスパイラルフィン付チューブ２を取り出す。

図１７、１８により、工程５のＲ成形の効果を説明する。本発明の製造装置１は、フィン案内部５のフィン受け溝５２にフィン２２を支持し、給電電極４１の傾き角度（図２のθ１）に合わせた向きに送り出すことで、チューブ２１周りへ所望の螺旋状に巻き付ける。ここで、フィン受け溝５２は上面が傾斜面となる傾斜台５１に設けられ、チューブ２１の頂部（給電電極４１の下端部）に向けて、その接線に対して傾きを有して送られる（傾き角度θ２）。そのため、フィン受け溝５２のフィン２２は、チューブ２１の頂部に達する前に、その直前位置でチューブ２１の外周面に当接し、チューブ２１の回転によって、チューブ２１の外周形状に沿う方向から頂部へ向かう。これにより良好にＲ成形がなされ、フィン本体部２４が放射状に広がることになる。すなわち、Ｒ成形には、フィン受け溝５２を傾斜面上に形成し、所定の方向からフィン２２を案内することが重要で、さらにその上端部側にフィン押さえ５３を配置して両電極の溶接位置近傍まで確実に案内し、回転電極４４１によって押圧することで、密着性よく成形することができる。フィン受け溝５２の傾き角度θ２は、フィン２２の材質や形状、例えばフィン片２５の幅等に応じて、適宜設定することができる。

図１８は、本発明の製造装置１を用いて、予めＲ成形した後に、溶接部４へ供給した場合（右図）と、フィン受け溝５２に傾き角度θ２を設定せず、Ｒ成形なしで溶接部４へ供給した場合（左図）とを比較したものである。本発明では、フィン２２の全体がチューブ２１の外周面に沿う円弧状に成形され、フィン基部２３がチューブ２１に密着していることが確認された。これに対して、Ｒ成形なしでスパイラルフィン付チューブ２を製造した場合は、チューブ２１に接するフィン基部２３が、隣り合うフィン片２５間において屈曲し、チューブ２１との間に隙間が形成された。これは、剛性の高いフィン片２５によって、フィン基部２３の成形性が低下するためで、隙間の発生によって熱交換量の損失が生じる上、続く溶接工程において、接合不良や溶断といった不具合が生じるおそれがある。

本発明の製造装置１は、フィン２２の巻き取り時にテンションがかかっており、回転電極４４１とチューブ２１との間に挟持されるフィン基部２３の成形性を、大きく向上させる。また、溶接部４において、回転電極４４１の両側部にフィンガイド７を設けたので、巻き取り時の変形を抑制できる。

図１９、２０は、フィンガイド７の有無による効果を示すもので、フィンガイド７を設置しない場合には、回転電極４４１に対しチューブ２１の進行方向（図中左方）にあるフィン２２が倒れてしまうことが判明した。これは、コの字フィン、Ｌの字フィンともに発生し、円弧状に曲がりやすいフィン基部２３に対し、円弧状に曲がりにくく曲げＲが大きいフィン本体部２４が、巻き取り方向に引っ張られ、軸方向の倒れにつながると推測される。これに対し、本発明の製造装置１は、フィンガイド７によってフィン２２の倒れが防止され、さらに、溶接時の熱歪による変形を抑制して、フィンピッチのばらつきを防止できる。

したがって、本発明によれば、フィン２２とチューブ２１の密着力が向上して、熱交換量が高くなる。また、成形性が高く、フィンピッチのばらつきが小さいので、熱交換媒体が均等に流通する。さらに成形性が向上することで、短冊状のフィン片２５をより大きくして、伝熱面積を増加させることが可能となり、高性能の熱交換器となる。

上記実施形態では、フィン２２のフィン本体部２４を短冊状のフィン片２５が連なる形状として、フィン基部２３の一方または両方に配置したコの字またはＬの字形状としたが、これら形状に限らず、任意に変更することができる。図２１、２２に、本発明の第２、第３の実施形態として、フィン２２の他の形状例を示す。図２１では、フィン２２のフィン本体部２４を、フィン基部２３の一方の側面に沿って配置するとともに、他方の側面に高さの低い突出片２６を平行に配置し、これらの間のフィン基部２３を給電電極４１で押圧する。突出片２６は、例えばフィン本体部２４のフィン高さの１／２以下とし、好適には１／２より小さくして、全体を略Ｊの字状とする。この突出片２６をチューブ２１への巻き取り時に、隣り合うフィン２２のフィン本体部２４と当接するように配置することで、フィンピッチを規定し、ばらつきを抑制して、巻き取り形状を安定化することができる。

また、図２２ではフィン２２のフィン本体部２４を、短冊状のフィン片２５の間を、薄肉の変形容易な略三角形のひだ状フィン片２７で連結した波形状としている。このような形状は、フィン２２のフィン本体部２４を、所定幅の一体の帯状とし、予め圧延加工でひだ状フィン片２７となる部分に波加工を施すことで得られる。フィン片２７の形状は、フィン基部２３を円弧状に変形した時に、フィン片２７が開いて内側の周長に対して外周側の周長が大きくなり、フィン本体部２４の全体が円環状となるように設定される。

あるいは、帯状のフィン本体部２４を、予め外周側がより薄肉となるように圧延加工して、外周側ほどＲが大きくなる扇形状とすることもできる。このように、内外の周長差を解消し、あるいはＲ成形時に容易に変形可能とすることで、フィン２２の伝熱面積をさらに大きくすることができ、熱交換性能を向上できる。

本発明の製造方法、製造装置により製造されるスパイラルフィン付チューブを用いたスパイラルフィン型熱交換器は、例えばチューブ・フィンの材質をステンレス鋼とすることで耐熱性、耐食性に優れたものとなり、自動車の排気系、冷却系、駆動系、空調系等に配設される種々の熱交換器だけでなく、自動車以外の任意の装置用熱交換器として好適に適用されて、高い熱交換性能と耐久性を実現することができる。

１ 製造装置
２ スパイラルフィン付チューブ
２１ チューブ
３ チューブ送り機構
３１ チューブ把持部
４ 溶接部
４１ 給電電極
４２ アース電極
４３ 溶接電源
５ フィン案内部
５１ 傾斜台
５２ フィン受け溝
６ 荷重調整手段
７ フィンガイド

Claims (6)

1. 円筒状のチューブ（２１）外周にフィン（２２）を螺旋状に巻き付けて溶接接合したスパイラルフィン型熱交換器を製造するための方法であって、
   上記フィンは、上記チューブの外周面に溶接固定される帯状のフィン基部（２３）と、該フィン基部から垂直に立ち上がるフィン本体部（２４）からなり、
   上記チューブを挟んで、回転可能な円盤状の給電電極（４１）と上記チューブの先端側を回転かつ軸方向動可能に支持するアース電極（４２）を対向配置し、上記給電電極と上記チューブの間に、上記フィンを予め設定した螺旋角度となるように案内する工程と、
   上記フィン本体部の側面を、上記給電電極との間に上記フィン本体部を保持する隙間を形成するフィンガイド（７）で保持しながら、上記給電電極と上記チューブの間に上記フィン基部を挿通し、上記給電電極に付与される荷重を調整する荷重調整手段（６）で上記フィン基部を上記チューブに押圧する工程と、
   上記チューブを回転しながら軸方向に送ることにより、上記フィン基部を上記チューブ外周に沿う円弧状に成形する工程と、
   上記給電電極に通電して、上記給電電極と上記アース電極の間に保持される上記フィン基部と上記チューブを溶接する工程と、
   を有することを特徴とするスパイラルフィン型熱交換器の製造方法。
2. 円筒状のチューブ外周にフィンを螺旋状に巻き付けて溶接接合したスパイラルフィン型熱交換器を製造するための装置であって、
   上記フィンは、上記チューブの外周面に溶接固定される帯状のフィン基部と、該基部から垂直に立ち上がるフィン本体部からなり、
   上記チューブの基端側を保持するチューブ把持部（３１）を有し、該チューブ把持部とともに上記チューブを回転しながら軸方向に送るチューブ送り機構（３）と、
   上記チューブの先端側を回転かつ軸方向動可能に支持するアース電極と、上記チューブを挟んで上記アース電極と対向し回転可能な円盤状の給電電極と、両電極に接続される溶接電源（４３）と、上記給電電極との間に上記フィン本体部を保持する隙間を形成するフィンガイドと、上記給電電極に付与される荷重を調整する荷重調整手段（６）を備える溶接部（４）と、
   上記給電電極と上記チューブの間に上記フィン基部が挿通されるように、上記フィンを予め設定した螺旋角度で案内するフィン受け溝（５１）を有するフィン案内部（５）と、を有することを特徴とするスパイラルフィン型熱交換器の製造装置。
3. 上記給電電極が、上記荷重調整手段の荷重が付加される給電電極用ホルダ（４５）と、該給電電極用ホルダに回転可能に支持される円盤状の回転電極（４１１）を有し、上記給電電極用ホルダから突出する上記回転電極の外周縁部が、上記フィン基部を上記チューブに押圧する請求項２記載のスパイラルフィン型熱交換器の製造装置。
4. 上記給電電極の上記回転電極が、上記チューブに対し予め設定した螺旋角度で配置される請求項２または３記載のスパイラルフィン型熱交換器の製造装置。
5. 上記アース電極が、上記チューブの下端側を回転かつ軸方向動可能に支持する円弧状の受け台（４４）を有し、該受け台を上記チューブの進行方向に対して上記回転電極より後方に配置する請求項２ないし４のいずれか１項に記載のスパイラルフィン型熱交換器の製造装置。
6. 上記フィン案内部が、上記チューブの側方に位置し、上面が上記チューブの上端部へ向けて上り傾斜する傾斜台（５１）を有し、該傾斜台の上面に上記フィン受け溝を予め設定した螺旋角度で形成する請求項２ないし５のいずれか１項に記載のスパイラルフィン型熱交換器の製造装置。

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