JPH0527234Y2 - - Google Patents

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JPH0527234Y2
JPH0527234Y2 JP7163489U JP7163489U JPH0527234Y2 JP H0527234 Y2 JPH0527234 Y2 JP H0527234Y2 JP 7163489 U JP7163489 U JP 7163489U JP 7163489 U JP7163489 U JP 7163489U JP H0527234 Y2 JPH0527234 Y2 JP H0527234Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、熱交換器用管体に軸方向に押し込ま
れ又は引き通されるよう構成されており、その管
体の拡管してその上に熱交換用フインを取着する
ための弾丸状の工具に関する。より詳しくは、本
考案は改良型の拡管工具であつて、工具が管体を
通つて軸方向に動かされるにつれて回転して管体
の内側表面に螺旋条溝が形成されるようにその外
側に螺旋条溝を有しており、かくして管体の内側
表面の表面積を増大し、そこを通つて流れる熱交
換用媒体の乱流を増大して熱交換特性を増すもの
に関する。
〔従来の技術〕
熱交換用管体の中に弾丸状の工具又はマンドレ
ルを挿通してこれを管体に関して軸方向に移動さ
せ、管体の半径方向の拡管を行つて、その周りを
囲んでいる熱交換用フインと締まり嵌め係合させ
ることは良く知られている。しかしながら、かか
る熱交換用部材、即ち放射状に広がるフインをそ
の上に有する熱交換用管体を形成するにあたり、
従来の弾丸状の工具は押し込み又は引き出し要素
に固定されていて、この工具の直径が管体の通常
の内径よりも僅かに大きいことにより、管体の半
径方向の拡管だけを行つている。
〔考案が解決しようとする課題〕
この形成用工具及び方法は満足すべきものでは
あるが、かくして形成される熱交換用部材の作動
又は熱交換特性を改良したいという願望が長らく
存在している。本考案の装置は、このような熱交
換特性を大きく改良するのに有効である。
かくして本考案の課題は、熱交換用管体の外壁
にプレート状のフインが固定されている熱交換用
部材を形成するための改良型装置を提供すること
である。本考案の改良型装置によれば、熱交換用
管体内へと軸方向に摺動的に挿通されてその半径
方向の拡管を行い、周りのプレート状のフインと
締まり嵌め係合させる弾丸状の工具又はマンドレ
ルが提供される。本考案の好ましい実施例によれ
ば、この工具は適当な押し込み又は引き通し用の
ロツドの端部に回転自在に支持されており、その
工具の周囲の表面にはこれに沿つて軸方向に延び
る多数の小さな条溝が設けられており、これらの
条溝はまた軸方向に対して斜めに、つまり螺旋状
又は渦巻き状の向きとされている。かくしてこれ
らの条溝は工具の周囲に多数の小さな歯を画定
し、これらの歯の外径は管体の内径よりも僅かに
大きなものとされる。工具を管体に軸方向に押し
込み又は引き通すことにより歯は管体の内壁に切
り込み、そしてこれらの歯が螺旋状に方向付けら
れていることから、管体内で軸方向に動かすこと
により工具は同時に回転させられる。これはフイ
ンと締まり嵌めするように管体を半径方向に拡管
するだけでなく、同時に螺旋状の条溝を管体の内
壁に形成する結果ともなる。これらの条溝は管体
の内側表面の表面積を増大し、また熱交換用液体
の乱流を増大させ、かくしてフイン付き管体の熱
交換特性を増大させる。
加工部品の内部で移動される螺旋条溝付きの工
具又はマンドレルは、マクローリン氏に与えられ
た米国特許第4300275号明細書に見られるように
既に公知であるが、しかしこの公知の工具は全く
異なるタイプの構造体を形成するために使用され
ており、またこの工具は本考案のように多数の熱
交換用管体を繰り返して形成することを望む場合
には余り適さない取り付け構造を有するものであ
る。
かくして本考案は、周囲に条溝を有する改良型
の弾丸状工具であつて、押し込み又は引き通し用
のロツドの自由端上にその工具を回転可能に取着
することを容易ならしめる改良された取り付け構
造を有するものを提供し、かくしてこの工具が実
質的耐久性を備え、同時にこの工具が受ける実質
的な外力及び加工条件に耐え得るようにしてい
る。
〔実施例〕
以下の説明では、限定的な意図ではなく参照の
便宜のみのために、特定の語法を使用する。例え
ば「上方」「下方」及び「右方」「左方」という用
語は、参照されている図面における方向を示す。
「前方」又は「内方」という用語が管体内への工
具の挿通方向に関して使用され「後方」及び「外
方」という用語は引き出す方向を参照する。「内
方」及び「外方」はまた、装置及びその特定され
た部品の幾何学的中心に向かい又はそこから離れ
る方向をそれぞれ示している。これらの語法は特
に言及した用語やそこから導かれる語、及び同様
の趣旨の用語をも含んでいる。
第1図を参照すると、そこには従来の熱交換器
部材10(しばしばフイン付き管体と称する)が
示されている。これは普通は銅で作られている管
体11を含み、その外壁には固定された複数の薄
いプレート状のフイン12(普通はアルミニウム
で作られている)を有していて、これらのフイン
がそこから半径方向に広がつて熱交換特性を増大
するようになつている。熱交換器部材10は通常
は先ず最初にフイン12を管体11上へと摺動さ
せ、フインを管体に対して仮位置決めし、次いで
マンドレル又は工具を管体11の孔部13内へと
軸方向に摺動させて、管体とフインとの間が確実
に結合されるのに十分な大きさでもつて半径方向
の拡管を行うことにより形成される。第1図は通
常のU字形の熱交換器部材を示しているが、本考
案は真つ直ぐな熱交換要素を形成するについても
同様に適用可能であることが理解されよう。公知
の方法及び装置の場合には、工具は通常は細長い
プツシユロツド16の自由端に隣接して固定的且
つ回転不能に設けられており、またプツシユロツ
ドは例えば複動液圧シリンダのような適当な往復
動する動力源17に固定されている。
さて本考案の改良型装置について、第2図を参
照して考察してみると、第2図にはプツシユロツ
ド16の自由端に設けられた改良型の弾丸状工具
アセンブリ21が示されている。この工具アセン
ブリ21は、拡管マンドレル(以下「弾丸」とい
う)22を画定する回転可能なスリーブ部材を含
む。弾丸22はその軸方向両端にそれぞれ形成さ
れた前部及び後部表面23及び24を有し、これ
らの表面は弾丸の中心の長手方向軸に対して実質
的に垂直となつている。この弾丸22は細長い円
筒形のブシユ26として形成された適当な軸受を
取り巻いて回転可能に支持されており、またこの
軸受はプツシユロツド16の自由端内に同軸に螺
着された螺刻された止め具28の軸部27を取り
巻いて配置された関係にある。
弾丸22は、軸方向断面で見て全体的に先細に
なつている形状の外側周囲表面31を有する。第
3図に示されているようにこの環状の外側周囲表
面31は、軸方向の前部表面23から軸方向後方
へと広がるにつれて半径方向外方に発散する円筒
形の先細表面即ち前方外側表面部分32を含んで
いる。この表面部分32はその後端において、弾
丸の中心回転軸36上に配置された中心点34を
原点とする曲率半径で事実上描かれた軸方向に湾
曲した中間外側表面部分33と融合している。軸
方向に湾曲した別の表面即ち後方外側表面部分3
7が後部表面24から前方に広がつている。この
湾曲した表面部分は、中心点38を原点とする曲
率半径で描かれている。後方外側表面部分37が
描かれている半径は、中間外側表面部分33が描
かれている半径と等しい。中心点38は中心点3
4と同軸で、且つ後方に離隔されている。表面部
分33及び37の隣接する端部は、回転軸36と
平行な直線状の中央外側表面部分35によつて接
続されている。回転軸36と表面部分35の間の
半径方向の間隔は、湾曲した表面部分33及び3
7の半径と同じである。中央外側表面部分35の
軸方向の長さは、中心点34と38の間の軸方向
長さと同じである。中央外側表面部分35は、弾
丸の最大直径を画定している。前方外側表面部分
32の前端は弾丸の前端における最小直径Dfを
画定しており、これは好ましくは管体の孔部13
の直径よりも僅かに小さい。直線状の中央外側表
面部分35は弾丸の最大直径Dmを画定してお
り、この直径は孔部13の直径よりも僅かに大き
い。後方外側表面部分37は直径Drを画定して
いるが、これもまた孔部13の直径よりも僅かに
小さいのが好ましく、これによつて管体からの弾
丸の引し出しを容易ならしめる。
弾丸22の外側周囲表面31は刻設された複数
の条溝41を有し、これらの条溝は後部表面24
から前部表面23へと外側周囲表面31上を途中
まで軸方向に延びている。条溝41の前端は、弾
丸の外径が孔部13の内径に等しい位置又はその
僅かに手前から始まつている。従つて、前方外側
表面部分32の前端には条溝41はない。条溝4
1の数は、直線状の中央外側表面部分35におい
て弾丸の周囲1cm当たり約8から約20(1インチ
当たり約20から50)の範囲内にある。条溝41は
軸方向の面に対して傾斜している。つまりこれら
の条溝は、軸方向の面に対して好ましくは7°から
30°の範囲の角を挟む渦巻き又は螺旋状の経路に
沿つて描かれている。これらの条溝41は好まし
くはV字形であり、溝内で対向する交差した側壁
42は約60°から約90°℃の角を間に挟む。隣接す
る条溝41同士はその間に幅狭な歯43を形成
し、これらの歯は実質的に平坦な上部表面44を
有しており、この上部表面44は周方向に見て例
えば大体0.127mm(0.005インチ)と非常に幅狭で
ある。条溝41は好ましくは角度的に相互に密に
近接して、弾丸の周囲において均一に設けられて
いる。外径9.53mm(0.375インチ)で壁厚0.356か
ら0.406mm(0.014から0.016インチ)の銅製管体を
拡管するためには、条溝41は半径方向に見て約
0.254から約0.305mm(0.010から0.012インチ)の
深さを有することが好ましい。
後方に加えられる実質的な軸方向の推進力を受
けた場合に弾丸22が自由に回転することを容易
ならしめるために、工具アセンブリ21はまた後
部軸受手段51をも含んでいるが、これは基本的
に、弾丸22の自由回転を容易にする軸方向のス
ラスト軸受として機能するものである。この後部
スラスト軸受51は、ブツユ26を密に取り囲む
関係で装着されたスリーブ状の部材として形成さ
れている後部軸受キヤツプ又はレースである、後
部スラスト軸受部材52を含んでいる。この後部
スラスト軸受部材は、プツシユロツド16の前端
表面54に対して通常は当接している後壁53を
有しており、これによりこの後部スラスト軸受部
材52は通常は回転不能な状態に止まる。このこ
の後部スラスト軸受部材52はその前部表面に環
状の軸受ボール溝56を画定しており、この環状
の軸受ボール溝56は軸方向前方に開放していて
中に複数の通常の軸受ボール57を収容してい
て、かくしてこれらの軸受ボールが弾丸の平坦な
後部表面24と回転接触する。後部スラスト軸受
部材52は、弾丸の後部の直径Drと大体実質的
に等しい外径を有している。
工具アセンブリ21の前端部には案内部材即ち
前部スラスト軸受部材61が設けられているが、
これは弾丸22の前端に直接に隣接してブシユ2
6を取り囲む関係できつちり嵌装されたスリーブ
状の部材である。この前部スラスト軸受部材61
は先細りの円筒状外側表面62を有しており、こ
の外側表面は、軸方向後方に広がるにつれて半径
方向外方へと発散し、案内表面として機能する。
この先細の外側表面62は弾丸の前方外側表面部
分32と同じ、通常20°の傾斜を有するのが好ま
しく、この先細の外側表面62の後部のより大き
な外径の端部は通常、前部の径Drと実質的に等
しいがしかし全体的に見て僅かに小さな直径を有
していて、かくして外側表面62及び中間外側表
面部分33が事実上連続する円筒形状の先細輪郭
を画定するようになつている。
前部スラスト軸受66が、前部スラスト軸受部
材61と弾丸22の間で協働するようになつてい
る。この目的のために、弾丸22はその前部表面
23に形成された環状のボール溝67を有し、こ
のボール溝67もまた後部スラスト軸受に関連す
るボール溝と同じ方向において、軸方向前方へと
開放している。複数の通常の軸受ボール68がボ
ール溝67内に収容されており、前部スラスト軸
受部材61に形成された後部の平坦表面69と係
合して回転するように配置されている。
螺刻された止め具28は、前部スラスト軸受部
材61の前方に配置されてこれに半径方向に重ね
られる、丸みを帯びた頭部29をその上に有して
おり、これは前部スラスト軸受部材61、弾丸2
2及び後部スラスト軸受部材52をプツシユロツ
ド16と整列して、且つその前端表面に対して適
切に位置決めされるように同軸に適宜保持してい
る。前記スラスト軸受部材61を回転不能の状態
で保持するのを助けるために、適当な摩擦ワツシ
ヤーを頭部29と前部スラスト軸受部材61の間
に備えるのが好ましい。
〔作用〕
本考案のマンドレルアセンブリの動作を以下に
簡単に記述して、その完全な理解を確実ならしめ
ることにする。
管体11は通常、適当な固定具又は保持装置、
多くの場合管体屈曲装置に固定的に位置決めされ
ており、フイン12がこれに沿つて適宜位置決め
される。工具アセンブリ21が孔部13の開放端
部と整列させられると、プツシユロツド16が前
方に進んで工具アセンブリ21を孔部13内へと
移動させるように、圧力シリンダー17が付勢さ
れる。工具アセンブリ21が孔部13の開放端部
内へと移動するにつれて、孔部の壁は最初に弾丸
の外側周囲表面31と係合するが、この最初の係
合は実質的に弾丸の螺旋状の条溝41が始まる領
域において生ずる。かくして、孔部13に対して
弾丸22を継続的に軸方向に移動させると、管体
11の半径方向外方への拡管が始まるだけでな
く、螺旋状の条溝41の間に画定された歯が管体
の内壁に切り込むことにもなり、これらの条溝が
螺旋状に方向付けられていることから、プツシユ
ロツド16が管体の軸方向内方へと弾丸を継続的
に押し込むにつれて、弾丸22はプツシユロツド
に関して回転させられる。このことは、管体の内
壁に実質的に螺旋状の条溝を形成することによ
り、管体の内壁に刻み目をつけることになる。ま
た、管体は同時にフイン12としつかりと締まり
嵌め係合するように半径方向に拡管され、これら
のフインが管体の外壁に半径方向の圧縮力を与え
るが、これは管体の内壁より顕著な条溝を生成さ
せるものと考えられる。
本考案の装置を使用するこの改良された方法に
おいては、管体の孔部を通して工具アセンブリを
一回軸方向に移動させることにより、この工具ア
センブリがその軸方向の変位と同時に回転し、か
くして管体は半径方向に拡管されると同時に内側
に螺旋条溝が刻設される。引き通しストロークの
間には、工具アセンブリの歯は管体の内壁に既に
形成された条溝を辿るだけであり、かくして工具
アセンブリが管体から軸方向に引き抜かれるにつ
れて工具は今度は反対方向に再度自由に回転す
る。
管体内部への工具アセンブリの挿通の際に、軸
方向前方に向けられたボール溝内に収容された複
数個の軸受ボールを有する前部及び後部のスラス
ト軸受66及び51の存在により、工具アセンブ
リに対して軸方向後方へと負荷されるスラスト力
はプツシユロツド16へ、またこれを介して容易
に後方へと伝達され、一方同時に弾丸22の自由
な制限されない回転を確実ならしめる。また、弾
丸22はブシユ26に対して僅かに大きな寸法と
された内径を有しているため、段がはブシユに対
して半径方向に限られた大きさだけ自由に動くこ
とができ、管体とプツシユロツド16の間に僅か
に不整合の可能性があろうとも、管体11内で弾
丸を有効に自動調心させ、そして前部及び後部の
スラスト軸受はこの限られた半径方向の弾丸の動
きを容易に許容する。
〔修正例〕
第5図に図示された本考案の別の好ましい実施
例によれば、工具アセンブリ21Aは螺着された
軸部27Aを取り巻いて回転可能な支持されたス
リーブ部材即ち弾丸22Aを含んでいる。後部ス
ラスト軸受51A及び前部スラスト軸受部材61
Aは内側が螺刻されていて、軸部27Aに螺着さ
れ、かくしてこの軸部に関して回転しないように
なつている。弾丸22Aは後部スラスト軸受51
Aと前記スラスト軸受部材61Aの間に自在に位
置決めされて軸部27Aを取り囲み、この軸部の
周囲において回転自由なものとされている。弾丸
22Aの構造及びこの実施例の作用は、先に説明
した実施例におけるのと同様である。
この実施例は第1図から第4図の実施例に比較
して簡単化されているが、これはブシユ26、軸
受ボール57,68の二組及びこれらに関連する
ボール溝が省略されたからである。第5図の実施
例は殆どの使用について非常に満足できるもので
あるが、特に作動時に工具アセンブリに対する軸
方向の大きなスラスト負荷を含むようないくつか
の場合には、第1図から第4図の実施例が好まし
い。
第6図は本考案の第三の実施例を示しており、
これは本考案の目的の全てではないが一部に応え
ることができる。この実施例において、弾丸22
Bは固定された後部スラスト軸受51Bと前部ス
ラスト軸受部材61Bの間で軸部27Bに回転不
能な状態で固定されている。条溝41Bは真つ直
ぐで軸方向に延びている。かくして弾丸22Bは
管体11の孔部13内を動かされるにつれて回転
することはなく、管体を通つて軸方向にのみ移動
する。従つて条溝41Bは前述のように、管体が
拡管されると同時に管体の内側表面に軸方向に延
びる真つ直ぐな条溝を形成するのに有効なもので
ある。
回転可能な弾丸を使用することは、表面積及び
乱流を増大させる螺旋条溝を管体11の内壁に形
成することや、作動の簡便さといつた観点から好
ましいが、幾つかの場合には改善された特性を有
する熱交換器管体を形成するために第6図の装置
で十分な場合もある。
〔考案の効果〕
以上述べたように本考案によれば、優れた回転
機構を有する弾丸によつて管体を拡管するマンド
レルアセンブリが提供される。弾丸はアセンブリ
を管体に挿通することにより自動調心され且つ螺
旋条溝によつて自由回転して管体内壁に複数の幅
狭の歯を形成する。かくして管体の内側表面の超
面積を増大し、そこを通つて流れる熱交換用媒体
の乱流を増大して熱交換特性を増すことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の装置を概略的に示す説明図で
ある。第2図は弾丸状の成形工具が取着されたプ
ツシユロツドを示す、一部を断面で示す部分拡大
図である。第3図は回転可能な弾丸それ自体を示
す平面図である。第4図は弾丸の端面図である。
第5図は本考案の第一の修正例の断面図である。
第6図は本考案の第二の修正例の平面図である。 10……熱交換器部材、11……管体、12…
…フイン、13……孔部、16……プツシユロツ
ド、21……工具アセンブリ、22……弾丸、2
3……前部表面、24……後部表面、26……ブ
シユ、27……軸部、29……頭部、31……外
側周囲表面、32……前方外側表面部分、33…
…中間外側表面部分、35……中央外側表面部
分、37……後方外側表面部分、41……条溝、
43……歯、51……後部スラスト軸受、53…
…後壁、56……軸受ボール溝、57……軸受ボ
ール、61……前部スラスト軸受部材、62……
外側表面、67……ボール溝、68……軸受ボー
ル。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 1 熱交換器用管体を半径方向外方に拡管すると
    同時に該管体の内壁に螺旋条溝を形成するため
    のマンドレルアセンブリであつて: 長手方向に線形的に往復動可能な細長いロツ
    ド16と、該ロツドが該ロツドの前端から前方
    に突出している小径で同軸の軸部27を有し、
    該軸部は前記ロツドの前端に半径方向に広がる
    環状の第一の表面54が設けられるように前記
    ロツドよりも小さな直径を有し、前記軸部が半
    径方向に拡大された頭部29をその前端に有
    し、該頭部が前記第一の表面と軸方向に離間し
    て対向する半径方向に広がる環状の第二の表面
    を有すること; 前記軸部に回動可能に嵌装され前記第一及び
    第二の表面の間に配置された実質的に環状の弾
    丸22と、該弾丸が前記第一の表面と軸方向に
    離間して対向する半径方向に広がる環状の第三
    の表面24を有し且つ前記第二の表面と軸方向
    に離間して対向する半径方向に広がる環状の第
    四の表面23を有し、前記環状の弾丸が前記ロ
    ツド及び前記軸部に関して自由に回動可能であ
    ること; 前記ロツドと前記弾丸の間で前記軸部に設け
    られた円筒状の後部スラスト軸受部材52と、
    該後部スラスト軸受部材が半径方向に広がる環
    状の前壁及び後壁53をその軸方向の両端に有
    していてこれらの壁がそれぞれ前記第一及び第
    三の表面に対向しており、前記後部スラスト軸
    受部材の前記後壁53が前記第一の表面54に
    当接していること; 前記弾丸と前記頭部の間で前記軸部に設けら
    れた環状の前部スラスト軸受部材61と、該前
    部スラスト軸受部材が半径方向に広がる環状の
    前壁及び後壁69をその軸方向の両端に有して
    いてこれらの壁がそれぞれ前記第二及び第四の
    表面に対向しており、前記後部スラスト軸受部
    材の前記前壁が前記第二の表面に当接している
    こと; 前記弾丸が軸方向後方へと半径方向外方に発
    散する軸方向に広がる前方外側表面部分32を
    有し、該前方外側表面部分が後方へと半径方向
    外方に発散する軸方向に湾曲した中間外側表面
    部分33とその後端において滑らかに融合し、
    該中間外側表面部分がその後端において真つ直
    ぐで径の一様な中央外側表面部分35と滑らか
    に融合し、該真つ直ぐな中央外側表面部分がそ
    の後端において後方へと半径方向内方に収束す
    る軸方向に湾曲した後方外側表面部分37と滑
    らかに融合し、前記前方外側表面部分が平滑で
    あり、前記中間、中央及び後方外側表面部分が
    周方向に離間して軸方向に延びる浅く刻設され
    た多数の条溝41を有していて軸方向に延びる
    幅狭な歯43をそれらの間に画定しているこ
    と; 前記前部スラスト軸受部材の外側表面62が
    後方へと半径方向外方に発散し、その後端が前
    記弾丸22の前記前方外側表面部分32の前端
    と実質的に同じ直径であつて前記前部スラスト
    軸受部材の前記外側表面が前記弾丸の前記前方
    外側表面部分の延長部分を構成すること; 前記後部スラスト軸受部材52の外側表面の
    前端が前記弾丸の前記後方外側表面部分37の
    後端と実質的に同じ直径であり、前記後部スラ
    スト軸受部材が前記弾丸の前記中央外側表面部
    分よりも直径が小さいこと; 前記弾丸の前記第三の表面24及びこれに対
    向する前記後部スラスト軸受部材の前壁は実質
    的に同じ直径であり且つ相互に軸方向に僅かに
    離間し、前記弾丸の前記第四の表面23及びこ
    れに対向する前記前部スラスト軸受部材61の
    後壁は実質的に同じ直径であり且つ相互に軸方
    向に僅かに離間していて、前記弾丸が前記前部
    及び後部スラスト軸受部材の間に密に制限され
    ておりこれらに関して自由に回動可能であるこ
    とからなる、マンドレルアセンブリ。 2 前記前部スラスト軸受部材61A及び後部ス
    ラスト軸受部材51Aが前記軸部に螺着されて
    いてこれに関して回動しないよう保持されてい
    る、請求項1記載のマンドレルアセンブリ。 3 軸方向に開放した環状の第一の軸受ボール溝
    が前記弾丸の前記第四の表面に形成され、軸方
    向に開放した環状の第二の軸受ボール溝56が
    前記後部スラスト軸受部材52の前壁に形成さ
    れており、二組の軸受ボール57,68が前記
    溝にそれぞれ配置され前記前部スラスト軸受部
    材の前記後壁及び前記弾丸の前記第三の表面の
    それぞれと回転的に係合しており、且つ前記ロ
    ツドの前記前端及び前記頭部の間で前記軸部に
    嵌装された円筒状のブシユ26を含み、前記弾
    丸及び前記前部及び後部スラスト軸受部材は該
    ブシユ状に嵌装されている、請求項1記載のマ
    ンドレルアセンブリ。
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