JP7363015B2 - パイプ構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器の構成要素などとして用いられる、たとえば蛇行状や螺旋状などのパイプ構造体を製造するための方法に関する。

熱交換器の伝熱管として用いられるパイプ構造体として、たとえば図１に示すような蛇行状管体Ａがある。この蛇行状管体Ａは、たとえばステンレス製のパイプ１が蛇行状に形成されたものであって、複数の曲げ部１０を有しており、かつパイプ１の両端部近傍領域１１Ａ，１１Ｂは、ｘ方向に離間しているとともに、ｘ方向に対して交差するｙ方向に延びている。

この蛇行状管体Ａの製造方法として、たとえば図１２に示すように、造管およびプレス切断工程Ｓ１、パイプ曲げ工程Ｓ２、および切断およびバリ取り工程Ｓ３を経る方法が採用されている。

ここで、造管およびプレス切断工程Ｓ１は、図１３（ａ）に示すように、長尺かつ直状のステンレス製のパイプ１Ｂを製造した後に、このパイプ１Ｂをプレス加工により、適当な長さのパイプ１に切断する工程である。

パイプ曲げ工程Ｓ２は、図１３（ｂ）に示すように、パイプ１の長手方向途中箇所に複数の曲げ部１０を形成するように複数回にわたって曲げ加工を施す工程である。この曲げ加工は、たとえばパイプベンダのロールブロックの周面にパイプ１の一部を圧接させながら巻き付けることにより行なわれる。なお、パイプ１の長手方向の両端部１１ａ，１１ｂには、前記したプレス加工による切断に起因して偏平化した変形部１８が存在している。

切断およびバリ取り工程Ｓ３は、図１３（ｃ）に示すように、パイプ１の両端部１１ａ，１１ｂを切断し、かつその切断箇所のバリ取りを行なう工程である。切断は、前記した変形部１８を除去するとともに、両端部１１ａ，１１ｂのｙ方向の位置を揃えるために行なわれる。パイプ１に複数の曲げ加工を施す場合、各曲げ部１０の位置には誤差（バラツキ）が発生し、パイプ１の全体としては、そのような誤差が累積するため、両端部１１ａ，１１ｂのｙ方向の位置は不揃いとなり、寸法Ｌ１の位置ずれを生じ易いが、前記切断によりそのような不揃い状態も解消される。図２および図３を参照して後述するが、蛇行状管体Ａを、たとえば熱交換器ＨＥの伝熱管として用いる場合には、両端部１１ａ，１１ｂのｙ方向の位置を揃えておくことが望まれる。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善の余地がある。

すなわち、前記従来技術においては、パイプ１の曲げ加工を終えた後に、パイプ１の両端部１１ａ，１１ｂを切断しているため、この切断処理が煩雑なものとなっている。その結果、蛇行状管体Ａの生産性が悪く、製造コストが高価となり、この点において改善の余地がある。

なお、前記とは異なり、たとえば図１４に示すように、パイプ１として、両端部１１ａ，１１ｂに変形部１８がないものを用いることが考えられる。ところが、このような手段を単に採用しただけでは、両端部１１ａ，１１ｂのｙ方向の位置が適当な寸法Ｌ２でずれてしまう。したがって、この場合においても、両端部１１ａ，１１ｂの位置を揃えるための切断工程を行なう必要がある。したがって、前記した不具合を解消するには到らない。

特許第３８２４６２１号公報 特許第５８２２２８５号公報 特開２０１９－１２６８３０号公報 特開２０１２－１３５７９７号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、パイプの曲げ加工後にその両端部を切断するなどの煩雑さを解消し得るとともに、前記両端部の位置を揃えた蛇行状管体などのパイプ構造体を生産性よく、適切に製造することが可能なパイプ構造体の製造方法を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供されるパイプ構造体の製造方法は、直状のパイプを、互いに隣接したプレッシャ型およびクランプ型とこれらに対向するロールブロックとの相互間のクランプ領域に向けて送り出し、前記パイプの長手方向途中の一部が前記プレッシャ型および前記クランプ型と前記ロールブロックとの相互間に挟まれたパイプセット状態において、前記クランプ型を前記ロールブロックの周方向に移動させることにより、前記パイプの一部を前記ロールブロックの周面に巻き付けるようにして曲げる曲げ加工を複数回施し、前記パイプの長手方向途中箇所に複数の曲げ部を形成するパイプ曲げ工程を有しており、前記パイプの曲げ始め側の先端部寄り領域、および曲げ終わり側の後端部寄り領域が、所定のｘ方向に離間し、かつ前記ｘ方向とは交差するｙ方向に延びているパイプ構造体を製造するための製造方法であって、前記パイプ曲げ工程において、最後の曲げ加工を施すときの前記パイプセット状態としては、前記パイプの後端部を検知するための検知手段を利用して、前記パイプと前記ロールブロックとのｙ方向における相対位置を制御し、前記パイプの前記後端部から前記ロールブロックの中心までの離間寸法を、最初の曲げ加工時における前記パイプの先端部から前記ロールブロックの中心までの離間寸法と同一に揃えた状態とすることを特徴としている。

このような構成によれば、パイプ曲げ工程における最後の曲げ加工において、パイプの両端部（先端部および後端部）のｙ方向の位置を揃えることができる。つまり、複数の曲げ部のそれぞれの位置に誤差が発生したとしても、このような誤差には関係なく、パイプの両端部にｙ方向の大きな位置ずれを生じないようにすることが可能である。このため、本発明によれば、パイプ曲げ工程の後に、パイプの両端部のｙ方向の位置を揃えることを目的として、切断工程を実施する必要はなくなる。したがって、パイプとして、両端部に偏平部などの変形部がないものを用いれば、パイプ曲げ工程の後にパイプの両端部を切断する必要を完全になくすことができる。このように、本発明によれば、前記従来技術とは異なり、パイプ曲げ工程の後にパイプの両端部を切断する必要をなくすことができるため、パイプ構造体の生産性を高め、製造コストを低減することが可能となる。
さらに、前記構成によれば、最後のパイプ曲げ加工を施す前のパイプとロールブロックとの相対的な位置決め作業を、簡易かつ迅速に行なうことができ、パイプ構造体の生産性をより高めることが可能となる。

本発明において、前記パイプ構造体は、蛇行状管体、または螺旋状管体とすることができる。

このような構成のパイプ構造体は、たとえば熱交換器の伝熱管として用いるのに好ましく、パイプの両端部のｙ方向の位置が揃えられているため、たとえば熱交換器のヘッドをパイプの両端部に取付けるような場合、これに適したものとなる。

本発明において、好ましくは、前記直状のパイプとして、長手方向両端部がレーザ切断されたパイプを用いる。

このような構成によれば、両端部がプレス加工により切断されたパイプとは異なり、直状のパイプとして、両端部に偏平部などの変形部やバリが存在しないものとすることができる。したがって、パイプ曲げ工程を終えた後に、変形部を除去するための切断工程やバリ取りを行なう必要はない。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

パイプ構造体としての蛇行状管体の一例を示す正面図である。 （ａ）は、図１に示すパイプ構造体を用いた熱交換器の一例を示す平面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の右側面断面である。 図２（ａ）の分解平面断面図である。 本発明に係るパイプ構造体（蛇行状管体）の製造方法の一連の作業工程の一例を示す説明図である。 （ａ）は、図４の造管およびプレス切断工程を示す説明図であり、（ｂ）は、図４のレーザ切断工程を示す説明図である。 （ａ）は、図４のパイプ曲げ工程に用いられるパイプベンダの主要部の一例を示す概略平面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVIb－VIb断面図である。 図６に示すパイプベンダの動作を説明する概略平面断面図である。 （ａ）～（ｇ）は、図４のパイプ曲げ工程を示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は、蛇行状管体の他の例を示す正面図である。 （ａ）は、パイプ構造体としての螺旋状管体の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ－Ｘ断面図である。 （ａ）～（ｆ）は、図１０に示す螺旋状管体を製造する場合のパイプ曲げ工程を示す説明図である。 従来技術における一連の作業工程を示す説明図である。 （ａ）～（ｃ）は、図１２に示す各作業工程の概略説明図である。 従来技術の他の例を示す正面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
なお、本実施形態に係るパイプ構造体の製造方法の製造対象は、既述した従来技術と同様に、図１に示す蛇行状管体Ａとする。したがって、前記従来技術と同一または類似の要素には、前記従来技術と同一の符号を付すこととする。

まず、蛇行状管体Ａを説明する。
この蛇行状管体Ａは、既述したように、たとえばステンレス製のパイプ１が蛇行状に形成されたものであり、曲げ角度が１８０度の複数の曲げ部１０を有している。また、パイプ１の両端部近傍領域１１Ａ，１１Ｂは、図１の横幅方向であるｘ方向に離間していると
ともに、ｘ方向に対して交差するｙ方向に延びている。

図２に示す熱交換器ＨＥは、複数の蛇行状管体Ａを利用して構成されている。より具体的には、熱交換器ＨＥは、ケース７内に複数の蛇行状管体Ａが左右に位置ずれし、かつ上下高さ方向に積層された状態で収容されている。各蛇行状管体Ａの両端部１１ａ，１１ｂは、ケース７の外部に引き出され、入水用および出湯用のヘッダ８ａ，８ｂが取付けられており、これらヘッダ８ａ，８ｂを介して蛇行状管体Ａ内への湯水の流入出が行なわれる。ケース７には、不図示のバーナにより発生された燃焼ガスなどの加熱用気体の給気口７０および排気口７１が設けられ、蛇行状管体Ａは、前記加熱用気体から熱回収を行なう伝熱管として機能し、蛇行状管体Ａ内を流通する湯水が加熱されることにより、給湯用などの温水が生成される。

このような熱交換器ＨＥを製作する場合、図３に示すように、各蛇行状管体Ａの両端部１１ａ，１１ｂにヘッダ８ａ，８ｂを取付ける。この場合、両端部１１ａ，１１ｂのｘ方向の位置に加え、ｙ方向の位置をも揃えておくことが要請される。両端部１１ａ，１１ｂのｙ方向の位置にずれがあると、ヘッダ８ａ，８ｂ内における湯水の流通の仕方にバラツキが発生する。また、ｙ方向の位置ずれが大きい場合には、ヘッダ８ａ，８ｂの取付けに支障を生じる虞もある。本実施形態のパイプ構造体の製造方法は、前記した要請に応え得るものである。以下、その内容について説明する。

本実施形態のパイプ構造体（蛇行状管体Ａ）の製造方法においては、図４に示すように、造管およびプレス切断工程Ｓａ、レーザ切断工程Ｓｂ、およびパイプ曲げ工程Ｓｃが順次行なわれる。

造管およびプレス切断工程Ｓａは、図５（ａ）に示すように、長尺かつ直状のパイプ１Ａを製造する工程である。このパイプ１Ａは、両端部がプレス切断されたものであり、そのプレス切断対象となるパイプの製造（造管）は、たとえば帯板状のステンレス部材を丸パイプ状に丸める加工を行ない、かつその合わせ部をレーザ溶接などによって接合することによりなされる。

レーザ切断工程Ｓｂは、図５（ａ）に示すように前記したパイプ１Ａをレーザ切断し、図５（ｂ）に示す所定の長さＬａのパイプ１を得る工程である。レーザ切断によれば、パイプ１の両端部１１ａ，１１ｂには、偏平部などの変形はない。また、バリも発生しにくいため、バリ取り工程は不要である。パイプ１の長さＬａは、最終的に得られる蛇行状管体Ａの全長寸法（流路長）と同一である。

パイプ曲げ工程Ｓｃは、前記したパイプ１に複数回の曲げ加工を施し、全体を蛇行状に形成する工程であるが、パイプ１の曲げ加工には、たとえば図６に示すようなパイプベンダＰＢを用いる。
このパイプベンダＰＢの基本的な構成は、従来既知（たとえば、特許文献３，４に記載）であり、ロールブロック２、プレッシャ型３、およびクランプ型４を備えている。ただし、パイプ用チャック５、および位置センサ６をさらに備えている。

ロールブロック２は、軸部２０を中心として水平回転可能であり、その外周面には、パイプ１の外周面の一部を嵌入させるためのパイプ嵌入用凹部２１が設けられている。このパイプ嵌入用凹部２１は、１８０度の角度範囲にわたって円弧状に湾曲した湾曲部２１ａ、およびその両端に繋がった直線部２１ｂ，２１ｃを有している。湾曲部２１ａには、複数の凹溝部２２が適当な間隔で設けられている。この凹溝部２２は、パイプ１を曲げる際に、その曲げ部の内側領域の圧縮変形を容易にするための部位である。

プレッシャ型３は、側面にパイプ嵌入用凹部３１が一連に形成されたブロック状の部材であり、ロールブロック２の近傍に位置してｘ方向およびｙ方向における往復動が可能である。このプレッシャ型３は、ロールブロック２を回転させたときに、このロールブロック２との間でパイプ１を圧接し、曲げ変形を可能とする。
クランプ型４は、ロールブロック２との間でパイプ１をクランプし、パイプ１の引っ張り動作を生じさせるための部位であり、このクランプ型４の側面には、パイプ嵌入用凹部４１が設けられている。このクランプ型４を、ロールブロック２と共に、軸部２０を中心として図６の矢印Ｎａ方向に回転させることにより、図７に示すように、パイプ１の一部をロールブロック２の湾曲部２１ａの内面に巻き付けるようにして曲げることが可能である。

図６において、パイプ用チャック５は、パイプ１のクランプ・非クランプが自在であり、かつパイプ１をクランプした状態でロールブロック２側に前進することにより、パイプ１をロールブロック２側に送り出す動作が可能である。また、パイプ１をクランプした状態で、パイプ１の軸芯廻りに回転（図６（ａ）の矢印Ｎｂ方向の回転）することにより、パイプ１を回転させることも可能である。

位置センサ６は、たとえば発光素子と受光素子とを備えた光反射式の光学センサであり、パイプ１の後端部１１ｂのエッジの位置を検出可能である。本実施形態においては、パイプ１がロールブロック２側に送り出される際に、後端部１１ｂのエッジが位置センサ６の正面に到達した際に、その旨を検知することが可能である。位置センサ６は、本発明でいう「後端部を検知するための検知手段」の一例に相当する。光反射式に代えて、光透過式を採用してもよいことは勿論であり、光学式以外のセンサ類を用いることもできる。

パイプ曲げ工程Ｓｃは、図８に示すようにして行なわれる。以下、説明する。

まず、同図（ａ）に示すように、パイプ１をプレッシャ型３およびクランプ型４とロールブロック２との相互間に挟まれるようにセットする。その際、パイプ１の先端部１１ａ（のエッジ）とロールブロック２とのｙ方向の相互間寸法Ｌｂを所定の寸法に規定しておく。この状態において、同図（ｂ）に示すように、クランプ型４およびロールブロック２を矢印Ｎａ方向に回転させることにより、最初の曲げ加工を行ない、曲げ部１０を形成する。

次いで、図８（ｃ）に示すように、パイプ用チャック５を矢印Ｎｃ方向に回転させることにより、パイプ１の向きを変更するとともに、パイプ用チャック５をロールブロック２側に前進させていく。クランプ型４およびロールブロック２については、パイプ１との干渉を避けるようにして元の位置に戻す。このことにより、同図（ｄ）に示すように、２回目の曲げ加工を行なう準備ができる。その後、同図（ｅ）に示すように、クランプ型４およびロールブロック２を矢印Ｎａ方向に再度回転させることにより、２回目の曲げ加工を行ない、２つめの曲げ部１０を形成する。

このような１回目および２回目の曲げ加工から理解されるように、パイプ曲げ工程Ｓｃにおいては、パイプ１の向きを変更するとともに、パイプ１をロールブロック２側に送り出してから、クランプ型４およびロールブロック２を回転させ、パイプ１に曲げ加工を施す動作を繰り返す。このことにより、図８（ｆ）に示すような蛇行状管体Ａ’が製造される。この蛇行状管体Ａ’は、最後の曲げ加工が未だなされていないものである。

パイプ１に最後の曲げ加工を行なう際には、パイプ１の後端部１１ｂのエッジが、位置センサ６の正面に位置し、この位置センサ６によって検知されるようにパイプ１の位置決めを図る制御を予め行なう。このことにより、後端部１１ｂのエッジからロールブロック
２の中心までの寸法Ｌｃが、所定の寸法となるように正確に規定される。この寸法Ｌｃは、たとえば図８（ａ）に示す初期の設定状態における先端部１１ａのエッジからロールブロック２の中心までの寸法Ｌｂと同一とされる。

前記した設定状態において、図８（ｇ）に示すように、クランプ型４およびロールブロック２を回転させ、最後の曲げ加工を行なう。このことにより、図１に示した蛇行状管体Ａが得られるが、図８（ｆ）に示したパイプ１（の後端部１１ｂのエッジ）とロールブロック２とのｙ方向における相対的な位置決めが図られていることに基づき、蛇行状管体Ａの両端部１１ａ，１１ｂ（先端部１１ａおよび後端部１１ｂ）のｙ方向の位置は揃えられることとなる。

前記した製造方法によれば、たとえば図９（ａ）に示すように、最後の曲げ部１０（１０ｂ）が他の中間部の曲げ部１０よりも適当な寸法Ｌｄだけ低い位置ある状態、あるいは同図（ｂ）に示すように、最後の曲げ部１０（１０ｂ）が他の中間部の曲げ部１０よりも適当な寸法Ｌｅだけ高い位置にある状態が発生し得る。ただし、両端部１１ａ，１１ｂのｙ方向の位置は揃えられ、図２に示した熱交換器ＨＥを製造する場合に好ましい蛇行状管体Ａが得られる。両端部１１ａ，１１ｂのｙ方向の位置が不揃いである場合には、これを解消するための手段として、両端部１１ａ，１１ｂを切断し、長さ調整を行なう必要があるが、本実施形態によれば、そのような必要はない。

図１０は、本発明に係るパイプ構造体の他の例としての螺旋状管体Ａａを示す。
この螺旋状管体Ａａは、パイプ１の長手方向途中箇所に、曲げ角度が９０度の複数の曲げ部１０が形成され、パイプ１が正面視略矩形の螺旋状に形成されたものである。この螺旋状管体Ａａの両端部近傍領域１１Ａ，１１Ｂは、ｘ方向に離間し、かつｙ方向に延びている。この螺旋状管体Ａａも、熱交換器の伝熱管として利用することが可能である。

螺旋状管体Ａａは、たとえば図１１に示すような曲げ加工工程を経て製造することが可能である。なお、図１１は、パイプ１とロールブロック２との位置関係を簡略的に示しており、パイプベンダの他の構成要素は省略している。

まず、図１１（ａ）に示すように、パイプ１をロールブロック２に沿わせた状態において、同図（ｂ）に示すように、パイプ１を矢印Ｎｄ方向に９０度曲げる。次いで、同図（ｃ）に示すように、パイプ１を矢印Ｎｅ方向に所定寸法だけ送り出してから、同図（ｄ）に示すように、パイプ１を再度９０°に曲げる。このような工程を繰り返すことにより、同図（ｅ）に示すような形態の螺旋状管体Ａａ’が得られる。

この螺旋状管体Ａａ’は、最後の曲げ加工がなされる直前のものであり、その後に最後の曲げ加工を施す前には、位置センサ６によってパイプ１の後端部１１ｂのエッジを検出し、この後端部１１ｂのエッジからロールブロック２の中心までの寸法Ｌｃ’を、たとえば図１１（ａ）に示す先端部１１ａのエッジからロールブロック２の中心までの寸法Ｌｂ’に一致させるように、パイプ１の位置制御を行なう。その後に、図１１（ｆ）に示すように、パイプ１に最後の曲げ加工を施せば、パイプ１の先端部１１ａおよび後端部１１ｂのｙ方向の位置は揃うこととなる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るパイプ構造体の製造方法の各作業工程の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に変更可能である。

上述の実施形態においては、パイプ１の最後の曲げ加工後に、パイプ１の後端部１１ｂのｙ方向の位置を先端部１１ａのｙ方向の位置と揃わせるための手段として、たとえば図
８（ｆ）に示す寸法Ｌｃを、同図（ａ）の寸法Ｌｂと同一にしているが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、たとえば図８（ｆ）に示す状態時に、適当なセンサ（たとえば、仮想線で示すセンサ６Ａ）を用いるなどして、先端部１１ａの位置を検出し、この位置に対し、最後の曲げ加工後におけるパイプ１の後端部１１ｂの位置がｙ方向において揃うように、パイプ１とロールブロック２との相対的な位置決めを行なう手段を採用することもできる。

パイプに形成される曲げ部の具体的な数や曲げ角度は限定されない。上述の実施形態においては、蛇行状管体Ａの曲げ部１０の曲げ角度が１８０度であり、螺旋状管体Ａａの曲げ部１０の曲げ角度が９０度であるが、これら以外の曲げ角度とすることもできる。また、具体的な曲げ半径、曲げ対象となるパイプのサイズ、材質なども限定されない。真円状の丸パイプに代えて、楕円パイプなどを用いることもできる。
本発明により製造されたパイプ構造体は、熱交換器の伝熱管として用いるのに適するが、これ以外の用途に用いることもできる。また、パイプ構造体は、蛇行状管体や螺旋状管体に限定されない。

Ａ 蛇行状管体（パイプ構造体）
Ａａ 螺旋状管体（パイプ構造体）
ＰＢ パイプベンダ
ＨＥ 熱交換器
１ パイプ
１０ 曲げ部
１１ａ 先端部
１１ｂ 後端部
２ ロールブロック
３ プレッシャ型
４ クランプ型

Claims (3)

1. 直状のパイプを、互いに隣接したプレッシャ型およびクランプ型とこれらに対向するロールブロックとの相互間のクランプ領域に向けて送り出し、前記パイプの長手方向途中の一部が前記プレッシャ型および前記クランプ型と前記ロールブロックとの相互間に挟まれたパイプセット状態において、前記クランプ型を前記ロールブロックの周方向に移動させることにより、前記パイプの一部を前記ロールブロックの周面に巻き付けるようにして曲げる曲げ加工を複数回施し、前記パイプの長手方向途中箇所に複数の曲げ部を形成するパイプ曲げ工程を有しており、
   前記パイプの曲げ始め側の先端部寄り領域、および曲げ終わり側の後端部寄り領域が、所定のｘ方向に離間し、かつ前記ｘ方向とは交差するｙ方向に延びているパイプ構造体を製造するための製造方法であって、
   前記パイプ曲げ工程において、最後の曲げ加工を施すときの前記パイプセット状態としては、前記パイプの後端部を検知するための検知手段を利用して、前記パイプと前記ロールブロックとのｙ方向における相対位置を制御し、前記パイプの前記後端部から前記ロールブロックの中心までの離間寸法を、最初の曲げ加工時における前記パイプの先端部から前記ロールブロックの中心までの離間寸法と同一に揃えた状態とすることを特徴とする、パイプ構造体の製造方法。
2. 請求項１に記載のパイプ構造体の製造方法であって、
   前記パイプ構造体は、蛇行状管体または螺旋状管体である、パイプ構造体の製造方法。
3. 請求項１または２に記載のパイプ構造体の製造方法であって、
   前記直状のパイプとして、長手方向両端部がレーザ切断されたパイプを用いる、パイプ構造体の製造方法。

Images