JPH0665415B2 - クロスフィンコイルの拡管方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱交換器の一種であるクロスフィンコイルを
製造する際に、製造途中の組合せ段階の被加工コイルに
対して、伝熱管をマンドレルの挿入により機械的に拡管
し、フィンへの圧着固定を行うクロスフィンコイルの拡
管方法に関する。

（従来の技術） 従来、このような拡管は、特開昭60-27428号公報に記載
される如き方法で行われていた。その原理を第11図によ
り説明する。

被加工コイル１は、管板２と管板２との間に所定間隔で
多数枚のフィン３を重ね合せ、これに直角に多数本の伝
熱管４を串差し挿通させることにより構成される。

伝熱管４は２本が１端でＵ字状に連結され、各管はこの
段階では管板２およびフィン３に完全に固定されていな
い。

拡管は、このような被加工コイル１が伝熱管連結端側を
下にして受け台５に載せられ、この状態で伝熱管４に各
管に対応して配列されたマンドレル６を開放端側より一
斉に挿入することにより行われる。

マンドレル６の挿入により、マンドレル６の先端に備わ
る拡管ヘッド７が伝熱管４を内側から押し広げてフィン
３に圧着させる。

以上は、縦型の場合の拡管方法であるが、横型の場合も
同様の原理に基づいて実施される。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来の拡管方法では、拡管に際して被加工コ
イル１が受け台５の他に、四周からワーク受けにて支承
されるが、拡管中に実質的に力を受けるのは受け台５で
ある。このため、伝熱管４はマンドレル６の挿入により
管軸方向の圧縮力を強く受けることにより、その結果と
して伝熱管４にしばしば座屈が生じる。

伝熱管４に座屈が生じると、その被加工コイル１がスク
ラップとなるばかりでなく、マンドレル６等の拡管機の
側に被害が及び、経済上大きな損失を招くことになる。

また、伝熱管４は拡管に伴って管軸方向の縮みを生じる
が、伝熱管４に加わる管軸方向の圧縮力はこの縮みを増
大させる。

従来、この縮み代は管長に対して４％以上あり、拡管に
あたってはこの縮み代を見込した長さの材料が必要とな
り、製造歩留りを低下させる要因になっていた。

更にまた、この縮みは、伝熱管４の肉厚偏差等に起因し
て大きなバラツキを生じていた。

本発明は、これらの問題点を全て解決する新規な拡管方
法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の拡管方法の原理を代表例について第１図および
第２図により説明する。

第１図は本発明の第１の方法、第２図は本発明の第２の
方法を示し、いずれの図面も拡管機の所定位置に被加工
コイル１がセットされた状態を示している。

両図において、８は、第３図(イ)に詳示されるように、
被加工コイル１の伝熱管４の各対応位置に透孔９を有す
るクランプ体（プレート）で、各透孔９に伝熱管４にお
けるフィン３よりも開放端側を差し込んだ状態で連結端
側への移動がないように支承されている。透孔９の直径
は、拡管前の伝熱管４の外径より大きく、拡管後の伝熱
管４の外径より小さい。

また、第２図において、10はフック体で、伝熱管４にお
けるフィン３よりも連結端側を固定し、伝熱管４の拡管
中に開放端側へ移動のないように係止するものである。

本発明の方法は、以上の如き状態から、マンドレル６を
伝熱管４内に開放端側から一斉に挿入するものである。

マンドレル６の挿入に伴って、マンドレル６先端の拡管
ヘッド７がクランプ体８のところを通過すると、伝熱管
４におけるフィン３よりも開放端側が拡管してクランプ
体８の透孔９内に圧縮固定される。以後の拡管は、伝熱
管４のクランプ体８による固定部分が連結端側へ不動に
拘束された状態で行われる。

本発明の第１の方法は、このように、各伝熱管４にその
開放端側よりマンドレル６を挿入し、伝熱管４における
フィン３よりも開放端側を拡管させた段階で、この拡管
部分を、伝熱管４の連結端側への移動がないクランプ体
８の透孔９内に固定し、以後の伝熱管４へのマンドレル
６の挿入を、クランプ体８による伝熱管４の固定部分を
連結端側へ移動なく拘束した状態で行うものである。

また、本発明の第２の方法は、伝熱管４におけるフィン
３よりも連結端側を、開放端側への移動がないフック体
10により固定し、この状態で伝熱管４にその開放端側よ
りマンドレル６を挿入し、伝熱管４におけるフィン３よ
りも開放端側を拡管させた段階で更に、この拡管部分
を、伝熱管４の連結端側への移動がないクランプ体８の
透孔９内に固定し、以後の伝熱管４へのマンドレル６の
挿入を、クランプ体８による伝熱管４の固定部分を連結
端側へ移動なく拘束し、且つフック体10による伝熱管４
の固定部分を開放端側へ移動なく拘束した状態で行うも
のである。

（作用） 第１図に示す第１の方法においては、伝熱管４における
フィン３よりも開放端側がクランプ体８に固定された
後、マンドレル６の挿入を終了するまでの間、伝熱管４
は拡管により管軸方向に縮みを生じるが、伝熱管４にお
けるフィン３よりも開放端側がクランプ体８によって連
結端側へ移動なく支承されているので、縮みは開放端側
へ生じる。

このため、伝熱管４は当初、受け台５に支承されていた
としても、実質的な拡管期間中は受け台５から浮き上
り、管軸方向の圧縮力を受けることなく拡管が進む。

その結果、伝熱管４に座屈が生じる危険は全くなく、管
軸方向の縮みも大巾に減少する。

また、第２図に示す第２の方法においては、伝熱管４に
おけるフィン３よりも開放端側がクランプ体８の透孔９
内に固定され、この固定部分を連結端側へ移動なく拘束
された後は、伝熱管４はやはり管軸方向に収縮しようと
する。しかし、クランプ体８による伝熱管４の固定部分
の拘束により管軸方向の圧縮力を受けることがないばか
りでなく、管軸方向の収縮がフック体10による伝熱管４
の固定部分の拘束により阻止され、肉厚減少として吸収
される。

その結果、管長を変化させることがなく、製品長と同じ
長さの材料を使用することが可能になる。

（実施例） 以下、本発明の方法を実施するにあたってのバリエーシ
ヨンを、伝熱管４におけるフィン３よりも開放端側の拘
束手段であるクランプ体８、伝熱管４におけるフィン３
よりも連結端側の拘束手段であるフック体10について詳
述し、更に実機による実施手順および実施結果について
も説明する。

○クランプ体 クランプ体８は第１の方法および第２の方法に共通して
使用される。

第３図に示したクランプ体８は、マンドレル６の配列位
置に対応して設けた透孔９を備えるプレートである。

このクランプ体８は、拡管終了後にクランプ体８による
伝熱管４の固定部分の取り外しを容易ならしめるため、
全ての透孔９が２分されるよう、割形構造になってい
る。第３図(イ)はこのクランプ体８を組み合わせた状
態、(ロ)は分解した状態を示している。

透孔９の有効部直径ｄは、拡管前の伝熱管４におけるフ
ィン３よりも開放端側を通過させる必要から拡管前の管
外径より大きくなければならず、また、伝熱管４におけ
るフィン３よりも開放端側を拡管後にクランプ体８に固
着させる必要から拡管後の管外径より小さくなければな
らない。伝熱管４の拡管後外径をＸ（mm）とすれば、有
効部直径ｄ（mm）はＸ−0.05〜Ｘ−0.3の範囲が好まし
い。

実際に拡管を行うにあたっては、被加工コイル１を拡管
機に取付け、また拡管機から取外す際にクランプ体８が
邪魔にならないようクランプ体８を退避させる配慮が必
要である。

第３図のクランプ体８においては、その透孔９に伝熱管
４におけるフィン３よりも開放端側を円滑に挿通させる
ための、透孔９の周縁部を一方の面で外側へテーパー状
に広げるのがよい。

クランプ体８の材質、厚みは被加工コイル１に加わる拡
管荷重に耐え得るように選択されることが必要である。

第４図〜第５図はクランプ体８の他のバリエーシヨンを
示したものである。

第４図のクランプ体８は、第３図に示した如きプレート
形のクランプ体８であって、かつ透孔９の直径を絞り機
構により機械的に変化させるようにしたものである。

このクランプ体８にあっては、クランプ体８のところを
マンドレル６が通過した後に透孔９の直径を絞って、強
制的に伝熱管４におけるフィン３よりも開放端側をクラ
ンプ体８に固定させることができ、かつ拡管後にこの固
定部分をクランプ体８から取外すときの作業も容易にな
る。

第５図のクランプ体８は、管板２をクランプ体８の１部
として利用したもので、拡管機にセットされた被加工コ
イル１の伝熱管４におけるフィン３よりも開放端側の管
板２をクランパー80でつかみ、管板２に伝熱管４を固着
させた状態で以後の拡管を行うようにしたものである。

ここで、被加工コイル１の受け台５について少し触れて
おくと、本発明の方法では、伝熱管４におけるフィン３
よりも開放端側がクランプ体８に固定された後の実質的
拡管中は、受け台５に力がかからない。しかし、この開
放端側がクランプ体８に固定されるまでの間は、受け台
５等の拡管荷重を受ける手段が必要となる。この間は拡
管初期のわずかの間であるので、ワーク受け等、受け台
５に代わる手段で拡管荷重を受けることができれば、受
け台５は省略することができる。

○フック体 フック体10は、本発明の第２の方法で実施するのに使用
され、拡管中に伝熱管４が収縮し、伝熱管連結端側のＵ
字状連結部が開放側端へ移動するのを阻止するためのも
のである。

第６図に示されたフック体10は、伝熱管連結端側のＵ字
状連結部をピンにて係止するようにしたものである。ピ
ンはＵ字状連結部への係止を容易ならしめるため、傾動
可能にしておくことが望まれる。ピンのベースは受け台
５を兼ねるものとなっている。

第７図のフック体10は、伝熱管４におけるフィン３より
も連結端側の管板２をフック体10の一部として利用した
もので、管板２を伝熱管開放端側へ移動なきようクラン
パー101，101でつかむようにしたものである。

第８図のフック体10は、伝熱管連結端側のＵ字状連結部
にフック体10としての丸棒を挿過させ、拡管中にこの丸
棒を伝熱管開放端側へ移動なきよう固定して、伝熱管４
の縮みを防止するようにしたものである。このフック体
10は、伝熱管４がフィン３に対して千鳥状に配列されて
いる被加工コイル１に対しては適用できないが、碁盤面
状に伝熱管４が配列される被加工コイル１に対しては、
装着も容易で利用価値が高いものとなる。

これらのフック体10は、伝熱管連結端側のＵ字状連結部
分の変形を抑えるため、Ｕ字状連結部の内周に広い範囲
で接触するように設計されることが望まれる。Ｕ字状連
結部をその内周と事実上同一の円弧を断面形状とする丸
棒で係止した場合、Ｕ字状連結部に問題となる変形は生
じないことが確認されている。

○実機における実施手順 第９図および第10図は本発明の方法を実施するのに適し
た実機の一例についてその構造を示した正面図および側
面図である。

両図によると、ベース11の４隅に４本のガイドポスト12
が立設され、その中間部にマンドレル案内体13が設けら
れ、上部を上枠14で連結固定して、フレームが構成され
ている。

上枠14には下向きにメインシリンダー15が固着され、そ
のロッド先端に、ガイドポスト12に摺動可能に支持され
た加圧枠16が接続される。加圧枠16には面圧板17が取付
けられ、これに所定本数のマンドレル６が所定間隔で下
向きに取付けられ、マンドレル６の先端には拡管ヘッド
７が備わる。

加圧枠16とマンドレル案内体13との間には、ガイドポス
ト12に摺動可能に支持された複数枚の中間板18が備わ
る。マンドレル案内体13および中間板18は、マンドレル
６と対応する箇所にマンドレル通過孔を有し、降下する
マンドレル６を支持する。中間板18は相互間、加圧枠16
との間、およびマンドレル案内体13との間をロッド19に
より連結する。

マンドレル案内体13の下方にはクランプ体８が水平に固
着される。クランプ体８は、第３図に示す如き構造のプ
レートであって、マンドレル６と対応する箇所、すなわ
ち所定位置にセットされた被加工コイル１の伝熱管４と
対応する箇所に、伝熱管４におけるフィン３よりも開放
端側を挿過させるための透孔９（第３図）を有し、更に
方向に開閉可能に設けられている。

クランプ体８に備わる透孔９の寸法等については、前述
したとおりである。

フレームのベース11上には、拡管機の所定位置に被加工
コイル１を載置するための受け台５が設けられ、受け台
５上に載置された被加工コイル１を四周から支えるため
のワーク受け21が前記ガイドポスト12に取付けられる。

以上の構成で本発明の第１の方法が実施されるが、第２
の方法を実施するには更に、受け台５のところに第６図
に示される如きフック体10を設ける。

欺かる拡管機で本発明の方法を実施するには、先ず、加
圧枠16を上枠14に対して上限位置まで上昇させ、クラン
プ体８は開放させておく。

次に、この状態で被加工コイル１を伝熱管開放端側を上
にして受け台５上に載せ、四周よりワーク受け21にて固
定する。このとき、被加工コイル１はその伝熱管４が、
マンドレル６の延長線上にマンドレル６と同軸に位置す
るようにセットされていることは言うまでもない。

被加工コイル１のセットが終ると次に、クランプ体８を
その透孔９内に伝熱管４におけるフィン３よりも開放端
側が挿入された状態で閉止する。

次に、上枠14のメインシリンダー15を駆動し、加圧枠16
を降下させる。加圧枠16の降下により、マンドレル６が
降下し被加工コイル１の伝熱管４内に挿入されて行く。

クランプ体８の透孔９は、前述したとおり、伝熱管４を
無拘束で拡管したときの管外径より小さい直径に設定さ
れているので、伝熱管４に開放端側より挿入された拡管
ヘッド７がクランプ体８のところを通過した時点で、伝
熱管４におけるフィン３よりも開放端側がクランプ体の
透孔９内に固定される。

伝熱管４におけるフィン３よりも開放端側がクランプ体
８の透孔９内に固定された後も引き続きマンドレル６が
降下し拡管を行うが、この拡管期間中は、拡管によって
管軸方向に収縮しようとする伝熱管４がフィン３よりも
開放端側の固定部分をクランプ体８にて上下に移動なく
支承され、いわば懸吊された状態にあるので、管軸方向
の圧縮力を受けるのが防止される。

伝熱管４の管軸方向の収縮力は、第１の方法では伝熱管
連結端側のＵ字状連結部の受け台５からの浮き上りを発
現させるが、伝熱管４における連結端側をフック体10に
て拘束する第２の方法では、伝熱管４の長さを減少させ
ることはなく、肉厚の減少として吸収されてしまう。

加圧枠16の降下にともなって、中間板18も降下するが、
その状況は摩擦の大小関係から、先ず加圧枠16が上段の
中間板18のところまで降下し、次いで加圧枠16と上段の
中間板18が下段の中間板18のところまで降下し、最後に
加圧枠16と上下の中間板18とがマンドレル支持枠13のと
ころまで降下して、拡管を終える。

拡管が終了すると、加圧枠16を上昇させ、伝熱管４から
マンドレル６を抜きとった後、クランプ体８を開放して
伝熱管４から分離する。

クランプ体８の分離が終わると、ワーク受け21を外し、
拡管後の被加工コイル１を拡管機から取り去る。

以上、拡管機が縦型の場合であるが、横型の拡管機の場
合も同様にして本発明の方法が実施される。

○実施結果 第１表に仕様を示す2.5／８インチ管（外径8.0mm）の被
加工コイルを、第11図に原理を示す従来方法で拡管した
ところ、伝熱管４の管軸方向の縮みは4.0〜4.5％を示
し、開放側端部の管板２からの突出量も最大で５mmのバ
ラツキを生じた。また、伝熱管４の座屈も0.2％程度の
割合で生じた。拡管機の仕様は第２表に示すとおりであ
る。

また、伝熱管４が3.0／８インチ管（外径9.5mm）の場合
は、4.2〜4.7％の縮みを生じた。

そこで、この拡管に本発明の第１の方法を適用した。使
用したクランプ体８は第３図に示す分割プレート形のも
ので、透孔９の有効部直径は8.50mmとした。ちなみに、
伝熱管４の拡管後の外径は8.65mmである。

本法の適用の結果、伝熱管４の管軸方向の縮みは2.5／
８インチ管の場合で2.0〜2.1％に、また3.0／８インチ
管の場合で2.0〜2.2％にそれぞれ減少した。また、開放
側端部の管板２からの突出量のバラツキは皆無となり、
伝熱管４の座屈も完全に防止された。

また、第６図に示すフック体10を用いて、本発明の第２
の方法を適用した結果は、いずれの管の場合も管軸方向
の縮みが完全に防止されるものとなり、管軸方向の収縮
防止に伴う肉厚減少も６％程度で特に問題となるもので
はなかった。また、開放側端部の管板２からの突出量に
バラツキは生じず、伝熱管４に座屈が生じることもなか
った。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明の第１の方法
は、被加工コイル１の伝熱管４を拡管する際に、伝熱管
４におけるフィン３よりも開放端側を拡管させた段階
で、この拡管部分を、伝熱管４の連結端側への移動がな
いクランプ体８の透孔９内に固定し、以後の伝熱管４へ
のマンドレル６の挿入を、クランプ体８による伝熱管４
の固定部分を連結端側へ移動なく拘束した状態で行うた
め、拡管に伴って管軸方向に収縮しようとする伝熱管４
は、マンドレル６の挿入により連結端側へ強い力を受け
るにもかかわらず、管軸方向の圧縮力を受けることがな
い。

その結果、伝熱管４の管軸方向の収縮が大巾に緩和乃至
は防止され、その分、拡管に供する伝熱管４の長さを短
くできるので、材料コストの引下げが可能となる。ま
た、伝熱管４が管軸方向の圧縮力を受けないことから、
伝熱管４の座屈も防止され、座屈による被加工コイル１
のスクラップ化がなくなる。そして、このスクラップ化
の防止と上述した材料コストの引下げとから、製造コス
トの大巾低下を可能ならしめる。

さらに、座屈の防止により拡管機が保護され、その耐久
性も高められることになる。

また、本発明の第２の方法は、第１の方法に加え、伝熱
管４におけるフィン３よりも連結端側を、開放端側への
移動がないフック体10により固定し、伝熱管４へのマン
ドレル６の挿入を、フック体10による伝熱管４の固定部
分を開放端側へ移動なく拘束した状態で行う。このた
め、拡管期間中、伝熱管４が拡管によって管軸方向に収
縮しようとするが、第１の方法により、クランプ体８が
伝熱管４におけるフィン３よりも開放端側を連結端側へ
移動なく固定するので伝熱管４をいわば懸吊した状態に
でき、この状態で、伝熱管４がさらに収縮しようとし
て、伝熱管４の連結端側が開放端側へ移動する方向に力
が働くが、第２の方法により、フック体10が伝熱管４に
おけるフィン３よりも連結端側を開放端側へ移動なく固
定するので、この連結端側が開放端側へ移動するのを阻
止できる。

したがって、第１の方法のみで達成できる以上に伝熱管
４の管軸方向への収縮を防止でき、材料コストのさらな
る引下げによる製造コストの低下を可能ならしめる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の方法の原理を示す模式
図、第３図〜第５図はクランプ体のバリエーションを示
す斜視図、第６図〜第８図はフック体のバリエーション
を示す斜視図、第９図および第10図は本発明の方法を実
施するのに適した実機の１例についてその構造を示す正
面図および側面図、第11図は従来の方法の原理を示す模
式図である。 図中、１：被加工コイル１、２：管板、３：フィン、
４：伝熱管、６：マンドレル、８：クランプ体、９：透
孔、10：フック体、80：クランパー、101：クランパ
ー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定間隔をおいて重ね合せた多数のフィン
   (3)，(3)…に、２本が一端でＵ字状に連結された多数本
   の伝熱管(4)，(4)…を串差しに挿通させて構成された被
   加工コイル(1)に対し、伝熱管(4)，(4)…にその開放端
   側より連結端側へマンドレル(6)，(6)…を挿入し、伝熱
   管(4)，(4)…を同時拡管してフィン(3)，(3)…への固定
   を行うクロスフィンコイルの拡管において、 伝熱管(4)，(4)…にその開放端側よりマンドレル(6)，
   (6)…を挿入し、伝熱管(4)，(4)…におけるフィン(3)，
   (3)…よりも開放端側を拡管させた段階で、この拡管部
   分を、伝熱管(4)，(4)…の連結端側への移動がないクラ
   ンプ体(8)の透孔(9)，(9)…内に固定し、以後の伝熱管
   (4)，(4)…へのマンドレル(6)，(6)…の挿入を、クラン
   プ体(8)による伝熱管(4)，(4)…の固定部分を連結側端
   へ移動なく拘束した状態で行うことを特徴とするクロス
   フィンコイルの拡管方法。
2. 【請求項２】所定間隔をおいて重ね合せた多数のフィン
   (3)，(3)…に、２本が一端でＵ字状に連結された多数本
   の伝熱管(4)，(4)…を串差しに挿通させて構成された被
   加工コイル(1)に対し、伝熱管(4)，(4)…にその開放端
   側より連結端側へマンドレル(6)，(6)…を挿入し、伝熱
   管(4)，(4)…を同時拡管してフィン(3)，(3)…への固定
   を行うクロスフィンコイルの拡管において、 伝熱管(4)，(4)…におけるフィン(3)，(3)…よりも連結
   端側を、開放端側への移動がないフック体(10)により固
   定し、この状態で伝熱管(4)，(4)…にその開放端側より
   マンドレル(6)，(6)…を挿入し、伝熱管(4)，(4)…にお
   けるフィン(3)，(3)…よりも開放端側を拡管させた段階
   で更に、この拡管部分を、伝熱管(4)，(4)…の連結端側
   への移動がないクランプ体(8)の透孔(9)，(9)…内に固
   定し、以後の伝熱管(4)，(4)…へのマンドレル(6)，(6)
   …の挿入を、クランプ体(8)による伝熱管(4)，(4)…の
   固定部分を連結端側へ移動なく拘束し、且つフック体(1
   0)による伝熱管(4)，(4)…の固定部分を開放端側へ移動
   なく拘束した状態で行うことを特徴とするクロスフィン
   コイルの拡管方法。