JP2004034079A - 熱交換器の製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】パイプの継目を極力少なくした一筆書き状のパイプ構造であり、熱交換性能を確保しつつ、設計自由度の高い熱交換器の製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】冷媒を通すパイプにフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、パイプ曲げ箇所にその両端へと配置されるパイプの曲がり形状を決定する曲げ型と、この曲げ型とパイプを挟んで対向する位置に配置される締付け型と、前記パイプの曲げ箇所の両端に配置した曲げ型及び締付け型の間に配置され、パイプを曲げる際に互いの表面に接触して回転する回転部材とを設置する工程と、前記締付け型へと力を加えパイプを曲げる工程とを備える。
【選択図】 図7
【解決手段】冷媒を通すパイプにフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、パイプ曲げ箇所にその両端へと配置されるパイプの曲がり形状を決定する曲げ型と、この曲げ型とパイプを挟んで対向する位置に配置される締付け型と、前記パイプの曲げ箇所の両端に配置した曲げ型及び締付け型の間に配置され、パイプを曲げる際に互いの表面に接触して回転する回転部材とを設置する工程と、前記締付け型へと力を加えパイプを曲げる工程とを備える。
【選択図】 図7
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器の製造方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
パイプとフィンとを組合せた構造の従来のクロスフィン型熱交換器は、社団法人日本塑性加工学会編「チューブフォーミング」(初版 1992年 コロナ社)第63頁に記載のように、一定間隔で平行に配列された複数のパイプと、そのパイプに垂直な方向に一定間隔で並べられた複数枚のフィンで構成されていた。そのため、従来の熱交換器の製造方法並びに製造装置としても、同文献に記載のように、複数個の通孔が設けられたフィンを所定間隔で整列させるフィン整列工程と、その各通孔中にパイプを通すパイプ挿入工程と、通孔中の各々のパイプを拡管してそれぞれの場所のフィンと接触させるパイプ拡管工程とで構成されるものであった。パイプ同士は、別のパイプ接合工程にて、180度に曲げ加工された個別部品を用いてろう付け等で接合されており、直管と180度曲げ管とを交互に接合して熱交換器を構成するものであった。フィンは、必要に応じてスリットを設けて熱交換性能を増大させる方策も採られていた。
【0003】
また、直管と180度曲げ管とを交互に接合しない構造の熱交換器として、特開平9―96496号公報に記載される、パイプを一筆書きで蛇行状に加工するパイプ曲げ加工工程を経た後に、フィンの切り込み線内に押し込む工程にてパイプとフィンを接合させるものがあった。
【0004】
このように、従来は1枚のフィンに対して複数本のパイプが固定されるため、お互いにフィン同士を結合した状態の複数の熱交換器を、1枚のフィンに対して1本のパイプのみが結合した状態に分断するというニーズは無かったものである。或いは、フィンのように剛性が弱く、ハンドリングの難しい部材が、曲げ加工領域以外に接合済の長尺直管のパイプを蛇行状に高速で折り曲げて1つの熱交換器を形成するというニーズもなかったものである。
【0005】
曲げ加工の具体的な方式としては、社団法人日本塑性加工学会編「チューブフォーミング」(初版 1992年 コロナ社)第44頁に記載のように、押し曲げ、引張り曲げ、回転引き曲げ等が知られている.
また、1つのワークに何箇所も曲げ加工箇所がある場合は、順次ワークを送り込む1箇所ずつ順番に折り曲げていくNCベンダが知られていた。
【0006】
更に、パイプとフィンとを結合する手段として、パイプの内部に液体を充填してその液体に所定の高い圧力を付加してパイプの直径を増大させる液圧拡管方式としては特開2000−280037号公報に記載のように、加圧装置とワークであるパイプとの結合方式として、弾性体を押し潰してシールする方法が知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の熱交換器製造方法の中で、複数個の通孔が設けられたフィンを所定間隔で整列させるフィン整列工程と、その各通孔中にパイプを通すパイプ挿入工程と、通孔中の各々のパイプを拡管してそれぞれの場所のフィンと接触させるパイプ拡管工程とで構成されるものでは、継目を極力少なくした構造であるパイプを一筆書き状に加工した部品には対応できず、且つ1個取り生産のためにタクトが長いものとなっていた。また、製品設計の自由度が少なく、多種多様な製品設計をしても生産のフレキシビリティが少ないという問題があった。
【0008】
また、パイプの接合箇所を極力少なくした、パイプを一筆書きで蛇行状に加工した後に、フィンに切り込み線内に押し込む構造の熱交換器の製造方法は、パイプとフィンの間に十分な緊縛力が得られず、熱交換性能が十分に確保できないという性能上の問題、及び、製品設計の自由度が少なく、多種多様な製品設計をしても生産のフレキシビリティが少ないという問題もあった。
【0009】
更に、曲げ加工方法においては、前述のNCベンダにてワークを順次送り込みながら1個所ずつ順番に折り曲げていく方式の場合、タクトが遅いという問題があったため、多点同時曲げ加工とする必要があった。
【0010】
図2は、従来の押し曲げ方式を示す説明図である。この方式では、両隣に位置するフィンブロックFbに挟まれたパイプPの曲げ箇所Pbのいずれかの端部近傍に曲げ型Db1を固定し、パイプを挟んでその反対側のパイプPの曲げ箇所Pbの端部に押付け型Dh1を位置決めする。そして、押付け型Dh1を曲げ型Db1に沿わせる形で回転させ、パイプPの曲げ箇所Pbは曲げ型Db1に倣って曲げ加工部が成形される。
【0011】
図3は、回転引き曲げ方式を示す説明図である。この方式では、両隣に位置するフィンブロックFbに挟まれたパイプPの曲げ箇所Pbのいずれかの端部近傍に曲げ型Db2を位置決めし、パイプを挟んでその反対側のパイプPの曲げ箇所Pbの端部に締付け型Dh23を固定する。そして、パイプPの曲げ箇所Pbの他端にクランプ型Dh21とDh22で固定し、パイプPに所定の軸力を付加する。この軸力を付加した状態で、曲げ型Db2と締付け型Dh23の相対位置を固定したままパイプPを曲げ型Db2に巻き付けるように回転させる。こうしてパイプPの曲げ箇所Pbは、曲げ型Db2に倣って曲げ加工部が成形される。
【0012】
図4は、図3に示した従来の回転引き曲げ方式の応用方式を示す説明図である。この方式では、両隣に位置するフィンブロックFbに挟まれたパイプPの曲げ箇所Pbの両端部近傍に曲げ型Db31、Db32を位置決めし、パイプを挟んでその反対側のパイプPの曲げ箇所Pbの端部にそれぞれ締付け型Dh31、Dh32を固定する。そして、締付け型Dh31,Dh32に引張力をかけることによってパイプPに所定の軸力を付加する。この軸力を付加した状態で曲げ型Db31と締付け型Dh31、及び、曲げ型Db32と締付け型Dh32の相対位置を固定したままパイプPを曲げ型Db31、Db32に巻き付けるようにそれぞれ回転させていく。こうして、曲げ型Db31と曲げ型Db32が合わさったところで、パイプPの曲げ箇所Pbは曲げ型Db31、Db32に倣った曲げ加工部が成形される。
【0013】
これら図2〜図4に示す従来の曲げ加工方式においては、ワークに接合されたフィンブロックFbは剛性が弱いためハンドリングが難しく,機械的に把持するなどして曲げ加工力を直接付加することができない。そのため、それぞれの方式に適した機構をパイプPの曲げ箇所Pbの所定長さの範囲内に収める必要がある。更に多点同時曲げを行なう場合は、曲げ加工が完了する時点で曲げ加工部同士が隣り合わせになり、結果として、曲げ機構をフィンブロックFbの幅以内に収める必要があった。すなわち、機構を収める領域として、奥行方法しかなかったものである。また、曲げ箇所Pbの長さやフィンブロックFbの幅そのものが小さくなっているため、その狭隘領域内に機構そのものを入れることも困難となっていた。
【0014】
従来の曲げ加工として知られる押し曲げ、引張り曲げ、回転引き曲げ等においては、機構を設置する空間を十分確保しなければならず、狭隘領域での曲げ加工には不向きであった。
【0015】
本発明の目的は、パイプの継目を極力少なくした一筆書き状のパイプ構造であり、熱交換性能を確保しつつ、設計自由度の高い熱交換器の製造方法及び装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的は、冷媒を通すパイプにフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、パイプ曲げ箇所にその両端へと配置されるパイプの曲がり形状を決定する曲げ型と、この曲げ型とパイプを挟んで対向する位置に配置される締付け型と、前記パイプの曲げ箇所の両端に配置した曲げ型及び締付け型の間に配置され、パイプを曲げる際に互いの表面に接触して回転する回転部材とを設置する工程と、前記締付け型へと力を加えパイプを曲げる工程とを備えることにより達成される。
【0017】
また、冷媒を通すパイプにフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、パイプ曲げ箇所の一端へと配置されるパイプの曲がり形状を決定する曲げ型と、この曲げ型とパイプを挟んで対向する位置に配置される締付け型と、パイプ曲げ箇所の他端へと配置されるパイプの保護部材と、この保護部材と前記曲げ型との間に配置され、パイプを曲げる際に前記保護部材に接触して回転する回転部材とを設置する工程と、前記締付け型へと力を加えパイプを曲げる工程とを備えることにより達成される。
【0018】
更に、曲げ型又は締付け型は、パイプの曲げ方向以外へと移動することを阻止するガイドを備えることが、曲げ加工を正確に行う上で好ましく、曲げ型を割型にすることで、曲げ加工を行った後に型を外しやすくなる。
【0019】
回転部材は、回転部材又は保護部材に接触する表面に滑り止めを備えることで意図しないパイプの変形を防止することができ、特に、表面形状をインボリュート曲面としたことで滑りを防止することができる。また、回転部材間に板材を挿入すると、曲げ加工後のパイプ間寸法を任意に設定することができる。更に、パイプの曲げ加工は、複数箇所を同時に行うことで製造時間を短縮できる。
【0020】
曲げ加工を行うパイプは、冷媒を通す複数のパイプに、このパイプ全てに渡るように複数のフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、前記複数のフィンの上下にフィンの変形を防止するフィン押えを配置する工程と、前記複数のパイプ間のフィンを切断する工程とを備えることが好ましく、フィン押えは、フィンと接触する面にフィンピッチに合わせた凹凸形状又はネジ溝を備えることが好ましい。また、フィンを切断する工程と同時又はフィンを切断する工程の後に、フィンの一部を折り曲げ加工することが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図1及び図5〜図17により説明する。
図1は、本発明の製造方法及び製造装置が発明されるに至る要因となった熱交換器の製造工程の一部を示す実施例の説明図である。熱交換器は、平行に並べられた複数枚のフィンFとパイプPを備えている。先ず、結合されたフィンFに複数本のパイプPを固定し、ワークの集合体Wpを形成する。この時、後の曲げ加工工程においてパイプPを曲げ加工する曲げ箇所Pbは、所定の長さだけ、また曲げ個所の数だけフィンFと接合しない。またパイプPの両端部分も所定長さだけフィンFを接合しない。その他の箇所は、フィンFを所定ピッチで所定長さに渡ってスタックされたフィンブロックFbを形成する。
【0022】
ワークの集合体Wpは、分断手段により分断線CLにおいて個別ワークWsに切離され、曲げ加工手段によりパイプPの複数個の曲げ箇所Pbを互い違いに折り曲げて、蛇行状ワークWbを形成する。この後工程において、更なる成形等の処理の後、熱交換器として製品に搭載される。従来の熱交換器の製造方法との大きな違いは、長尺のパイプPを扱うこと、並びにパイプ曲げ加工工程においてパイプPにフィンFが既に接合されているということである。
【0023】
図5は、本発明の実施例であるインボリュート曲げ方式を示す説明図である。インボリュート曲げ方式では、両隣に位置するフィンブロックFbに挟まれたパイプPの曲げ箇所Pbの両端部近傍に曲げ型Db41、Db42を位置決めし、パイプPを挟んでその反対側の曲げ箇所Pbの端部にそれぞれ締付け型Dh41、Dh42を固定する。これらの型を奥行方法の奥にある固定部材Di41,Di42に固定し、その固定部材Di41,Di42に設けたそれぞれの転がり面INV41、INV42で両者が転がるように回転動作させる。この転がり動作により、フィンブロックFbを破損させないための保護機構を用いずに、パイプPに所定の軸力を付加することができる。この状態でパイプPを曲げ型Db41、Db42に巻き付けるように動作させ、曲げ型Db41と曲げ型Db42が合わさったところで、パイプPの曲げ箇所Pbは、曲げ型Db41、Db42に倣った曲げ加工部が成形される。従来の図4にて示した回転引き曲げ方式の応用方式では、締付け型Dh31、Dh32に引張り力を付加させる機構が必要であったが、図5に示す実施例の方式では、固定部材Di41、Di42の転がり動作のみで、同様の動きが可能となる。この転がり面INV41、INV42は、インボリュート曲面とすることで、パイプPにとって最適な曲げ加工状態が得られるものである。
【0024】
図6は、本発明の実施例であるインボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の側面図である。パイプPの断面が円形である場合は、曲げ型DiをパイプPの曲げ加工部の内側全てに沿わすような形状とすると、曲げ加工後に曲げ型Diをワークから外すことができなくなってしまう。そこで、曲げ加工の転がり動作が垂直方向に行われるとすると、図6に示すように曲げ型Diを垂直方向に割り、曲げ型Di421と曲げ型Di422とでパイプPを挟むようにしたものである。この時、パイプPの直径の3〜5%程度に相当する隙間Di420を設けることでパイプPや曲げ型Diの仕上り精度に関係なく、曲げ型DiでパイプPを強固に把持できる。
【0025】
図7は、本発明の実施例であるインボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の平面図及びその動作を示す説明図である。曲げ型Di41は、保持部Dh41、内型部Db41、溝部Ds41、及び、インボリュート部INV41を備える。保持部Dh41は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、更に曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db41は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも保持部Dh41と共に保持する。溝部Ds41は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV41は、対となる相手の曲げ型Di42のインボリュート部INV42との転がり動作面であり、この転がり動作により、曲げ型を摩耗に対して強いものとしている。曲げ型Di41は、奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示した隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後には、その隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出す。曲げ型Di42は、曲げ型Di41と同様に保持部Dh42、内型部Db42、溝部Ds42、及び、インボリュート部INV42を備え、それぞれの構成部の機能については曲げ型Di41と同じである。尚、溝部Ds51、Ds52は、曲げ加工が進行するに連れて溝深さが深くなるように加工しても良く、この方法によりパイプ側面につくキズを軽減する効果がある。
【0026】
曲げ加工のプロセス途中では、理論上パイプPが内型部Db41、Db42と接する箇所においては円弧状となり、パイプPが、溝部Ds41、Ds42にある場合は直線状となる。そして最終的には、パイプPが全て内型部Db41、Db42に倣った形となり曲げ加工プロセスが終了する。
【0027】
図8は、本発明の実施例であり、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の実施例を示す説明図である。曲げ型Di51は、保持部Dh51、直管保持部Dp51、内型部Db51、溝部Ds51、及び、インボリュート部INV51を備える。保持部Dh51は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、溝部Ds51よりもやや大きい半径で削られた直管保持部Dp51が、パイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db51は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも直管保持部Dp51と共に保持する。溝部Ds51は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV51は、対となる相手の曲げ型Di52のインボリュート部INV52との転がり動作面である。曲げ型Di51は、奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示した隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後にはその隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出すものである。曲げ型Di52は、曲げ型Di51と同様に、保持部Dh52、直管保持部Dp52、内型部Db52、溝部Ds52、及び、インボリュート部INV52を備え、それぞれの構成部の機能については、曲げ型Di51と同じである。この曲げ型Di51、Di52を使用する場合のワークであるパイプPの曲げ箇所Pbは、大管径の箇所Pb21とPb22、及び、小管径の曲げ箇所Pb11から構成される。この場合、素管が小管径の曲げ箇所Pb11と同じであり、大管径の箇所Pb21、Pb22は、拡管によって作るものとすると、曲げ箇所Pb11は拡管による加工硬化は起きておらず、曲げ加工の領域が広くなる。また、径の異なる部位を有するパイプの使用は、大管径の箇所Pb21、Pb22と、小管径の曲げ箇所Pb11の境界線で段差ができるため、曲げ型Di51、Di52で把持する際の確実性が増す。
【0028】
図9は、本発明のインボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の実施例を示す説明図である。曲げ型Di61は、保持部Dh61、直管保持部Dp61、内型部Db61、溝部Ds61、及び、インボリュート部INV61を備えている。保持部Dh61は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、溝部Ds61よりもやや大きい半径で削られた直管保持部Dp61が、パイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db61は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも直管保持部Dp61と共に保持する。溝部Ds61は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV61は、対となる相手の曲げ型Di62のインボリュート部INV62との転がり動作面である。曲げ型Di61は奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示した隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後には、その隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出す。曲げ型Di62は、曲げ型Di61と同様に、保持部Dh62、直管保持部Dp62、内型部Db62、溝部Ds62、及び、インボリュート部INV62を備え、それぞれの構成部の機能に就いては曲げ型Di61と同じである。
【0029】
図8に示す曲げ型Di51及びDi52は、パイプPの曲げ加工時に引張力も圧縮力もかからない中立面が、パイプPの中心軸を通る面としているのに対して、図9に示す曲げ型Di61及びDi62は、曲げ加工の内側方向にγだけずれた位置にその中立面があるとしている。実際の曲げ加工において、このずれる現象は比較的よく見られるもので、実際にパイプPが曲げ加工後に内型部Db61、Db62に沿った形状となるのは本実施例の曲げ型である。曲げ型Di61、Di62の場合、図8に示す曲げ型Di51、Di52に比べて水平方向の長さがπγ/2だけ短くなる。この曲げ型Di61、Di62を使用する場合のワークであるパイプPの曲げ箇所Pbは、大管径の箇所Pb21とPb22、及び、小管径の曲げ箇所Pb11から構成される。この場合、素管が小管径の曲げ箇所Pb11と同じであり、大管径の箇所Pb21、Pb22は、拡管によって作るものとすると、曲げ箇所Pb11は拡管による加工硬化は起きておらず、曲げ加工の領域が広くなるメリットがある。また、大管径の箇所Pb21、Pb22と、小管径の曲げ箇所Pb11の境界線で段差ができるため、曲げ型Di61、Di62で把持する際の確実性が増す。
【0030】
図10は、本発明のインボリュート曲げ方式の実施例を示す説明図である。図7〜図9に示す本発明の実施例では、曲げ加工後のパイプPのピッチ間隔は曲げ型Diによって決まってしまうため、曲げ加工後のパイプPのピッチ間隔を変化させたい場合に別の手段が必要であった。そこで、本実施例では、曲げ型Di51は、保持部Dh51、直管保持部Dp51、内型部Db51、溝部Ds51、及び、インボリュート部INV51を備える。保持部Dh51は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、溝部Ds51よりもやや大きい半径で削られた直管保持部Dp51が、パイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db51は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも直管保持部Dp51と共に保持する。溝部Ds51は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV51は、対となる相手の曲げ型Di52のインボリュート部INV52との転がり動作面である。曲げ型Di51は、奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示す隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後には、その隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出すものである。曲げ型Di52は、曲げ型Di51と同様に保持部Dh52、直管保持部Dp52、内型部Db52、溝部Ds52、及び、インボリュート部INV52を備え、それぞれの構成部の機能に就いては曲げ型Di51と同じである。この曲げ型Di51、Di52の転がり動作するインボリュート部INV51、INV52の間に所定幅の部材Bpを挿入し、図7に示す動作と同様に曲げ型Di51、Di52を動作させる。これにより、曲げ加工後のパイプPのピッチ間隔は、曲げ型Di51、Di52のみで曲げ加工した場合よりも部材Bpの所定幅分だけ広く成形される。これにより、曲げ型Di51、Di52で加工される曲げ半径を最小半径として、両曲げ型間に挟む板材である部材Bpの幅を変化させるだけで任意のパイプPのピッチ間隔に曲げ加工が可能となる。この場合も曲げ型Di51、Di52と部材Bpとの間は転がり動作となり、摩耗に強いものとなる。
【0031】
図11は、本発明のインボリュート曲げ方式の実施例を示す説明図である。曲げ型Di51は、保持部Dh51、直管保持部Dp51、内型部Db51、溝部Ds51、及び、インボリュート部INV51を備えている。保持部Dh51は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、溝部Ds51よりもやや大きい半径で削られた直管保持部Dp51が、パイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db51は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも直管保持部Dp51と共に保持する。溝部Ds51は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV51は、対となる相手の曲げ型Di52のインボリュート部INV52との転がり動作面である。曲げ型Di51は奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示した隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後には、その隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出す。一方、曲げ型Di72は保持部Dh72と直管保持部Dd72から構成され、直管のパイプPを保持するだけの役割を持つものである。曲げ型Di51のインボリュート部INV51に沿って曲げ型Di72を動作させることによって、所定の90度曲げ加工が可能となる。図11においては、曲げ型Di72を固定して曲げ型Di51を回転させているが、曲げ型Di51を固定して曲げ型Di72を回転させても良い。本実施例の場合、曲げ型Di51、Di72は滑り動作となり、耐久性を考えると、両曲げ型の滑り面は十分な熱処理が必要となる。
【0032】
図12は、本発明のインボリュート曲げ方式を多点同時曲げに応用した実施例を示す説明図である。所定長さの直管パイプPと所定長さのフィンブロックFbからなるワークWは、フィン分断工程において個別ワークWsに切り離なされる。また、曲げ型Diが対ではめ込むことができる長さ分だけ,パイプPの曲げ箇所PbにフィンFは接合されていない。その曲げ箇所に所定向きの曲げ型Diを位置決めし、曲げ型DiとパイプPとを固定する。その後フィンブロックFbを挟んでウデとなる部材(図示せず)を介して位置を固定された曲げ型Diを、隣同士のウデがお互いに反対方向に回転するように動作させる。これによりパイプPが、蛇行状に曲げ加工され、蛇行状ワークWbを形成する。本実施例では、このようにして多点を同時に曲げ加工できるため、加工タクトを短縮できるものである。また、曲げ型周辺に機構が存在しないため、安価であり省スペースで確実な曲げ加工ができるものである。
【0033】
図13は、本発明のインボリュート曲げ方式で加工したワークの別の実施例を示す説明図である。本実施例では、インボリュート曲げ方式は曲げ加工する位置を任意に設定できるため、図13(a)、(b)に示すようにフィンブロック長さを任意とするワークにも対応可能である。複雑な機構を必要とした従来の方式ではこのようなフレキシビリティに対応できず、本発明により設計変更に対応したコンカレントな生産が可能となったものである。
【0034】
図14は、本発明の実施例であるフィン分断工程の説明図である。複数のワーク分が結合部Fcで結合された状態のフィンFは、所定枚数だけ平行にスタックされてパイプPと接合した状態でフィン分断工程に供給される。この時、フィンFの上下に2個所ずつ結合部Fcを設けてあり、上下の結合部Fcの間には予めフィン同士が分離した状態となるスリットFsを設けてある。フィン分断工程においては、フィンFの上下に設けられた結合部Fcを分断すれば個別ワークWsとすることができる。この時、フィンブロックFbの上下に存在する分断線CLに沿って分断手段を移動させて分断されるものである。
【0035】
図15は、フィン分断工程における従来のフィン押え方式と本発明の実施例であるフィン押え方式の比較説明図である。元々図15(a)に示すように、フィンFとパイプPからなるワークWは複数のワーク分のフィンFがその上下に設けた結合部Fcで結合され、結合部Fcの間に設けたスリットFsで分離しているので、フィン分断工程においては、フィンFの2個所の結合部Fcを分断するだけでフィンFは分断され、個別ワークWsとするものである。従来は、面が平らな剛体若しくは弾性体のフィン押えS11,S12でフィンFの上下を押さえていたものである。この場合、加工精度のばらつき等により、押さえられるフィンFと押さえられないフィンFが生じるため、フィン分時に所定の分断若しくは成形が達成できないという問題があった。そこで、図15(b)に示すように、定ピッチの山形突起Ssを一直線上に多数備えたフィン押えS21、S22を用いることにより、フィンFを1枚1枚確実に押さえることができ、所定の分断若しくは成形が可能となった。この時、山形突起Ssは、山形の頂点をピンポイント化してフィンFのスリットFsから離れる方向に傾斜(本実施例では45度)をつけることにより、フィンブロックFbの個々のフィンFへの挿入性が向上する。更に、図15(c)に示すように、山形突起Ssの代わりにフィンFのスタックピッチに等しいか若しくは小さいピッチのネジ部品Stを一直線上に並べたフィン押えS31、S32を用いる場合が挙げられる。本実施例の場合、ネジ部品Stは、フィン押えS31、S32のフィンFの押え面から僅かに出る形となり、そのネジ山でフィンを固定する働きがある。
【0036】
従来のフィン押え方法、本発明の実施例にて示すフィン押え方法のいずれの場合であっても、フィンFの結合部Fc近傍は解放しており、この解放溝に沿って分断手段がパイプPに平行に走査し、フィンFの結合部Fcを分断するものである。
【0037】
図16は、本発明の熱交換器のフィン分断時と同時にフィンの一部を成形する実施例を示す説明図である。図16(a)に示すように、分断スリットFsと成形スリットFhとを備えたフィンFは、所定の枚数だけスタックされてフィンブロックFbを形成し、パイプPと結合されたワークWがフィン分断工程に供給されると、分断手段を分断線CLに沿って走査し、個別ワークWsに分断する。この時、1枚のフィンFには1本のパイプPが接合されているため、パイプPとフィンFの接合工程において万が一所定の節合力が得られなかった場合に、そのフィンFだけがパイプPに対して回転可能となってしまい、後工程若しくは製品となった時に不都合を生じてしまう。それを防止する目的で、フィン分断と同時にフィンFの一部を折り曲げて,回転防止片Fuを隣のフィンFに被さるように成形する。最終的には、図16(b)に示すように、フィンFの4隅に回転防止片Fuを設けることで、万が一の接合不良が発生したとしても後工程若しくは製品として不都合を生じることはない。
【0038】
図17は、パイプの内部を液体で加圧する場合の、本発明の気密接合の実施例を示す説明図である。ワークWのパイプPの端部を位置決めし、半割りにした外周保持部材Vo1、Vo2を閉じる。次に、パイプPと外周保持部材Vo1、Vo2の通孔との間は隙間がある。この後、加圧部材ViをパイプPの端部より圧入し、パイプPの端部にフレア加工部Pfを形成する。この時、パイプPのフレア加工部と外周保持部材Vo1、Vo2は密着状態にある。圧入が完了した後に、加圧部材Viの通孔VhからパイプPの内部に所定の液体を注入し、液圧を加圧する。これにより、パイプPの外径が増大し、フィンFと密着接合状態となる。この後、パイプPの内部の液体を除去した後に、外周保持部材Vo1、Vo2を分割して解放し、加圧部材ViをパイプPから引き抜く。これにより、パイプPの端部フレア加工と拡管加工を同時に実施でき、リードタイムを短縮できる。
【0039】
図18は、本発明の実施例にて説明した製造方法で製造した熱交換器を搭載した状態の冷蔵庫の一部を示す斜視図である。図18は、冷蔵庫を背面から見た下部を示したもので、側板M1、M2、底板M3、蒸発皿Eによって囲まれた空間に、冷媒の凝縮サイクル系を搭載した構造を示すものである。パイプPとフィンFで構成されるワークWbは、さらに後工程での曲げ加工等の処理を終え、熱交換器Hとして冷蔵庫の機械室に組込まれて、コンプレッサCで圧縮された冷媒を熱交換器Hにおいて熱交換するものである。熱交換器Hにおいて放熱された熱量は、ファンXによって起こされる空気の強制対流によって外界に流される。
【0040】
本発明の熱交換器は、図18に示す冷蔵庫背面の凝縮サイクル以外にも、冷蔵庫内部の蒸発サイクル、空調機の熱交換器、冷凍機や除湿機の熱交換器にも適用可能である。
【0041】
以上説明した実施形態により、従来タイプの熱交換器と熱交換性能を維持しつつ、継目を極力少なくして冷媒漏れに対する信頼性を高めた熱交換器の製造方法並びに装置、特に、剛性の弱い部材が接合済みで取扱いが困難なワークにおいて、曲げ機構を入れられないほどの狭隘領域での高速一括曲げ加工方法及び装置を提供できるものである。また、複数のワークがフィン材にて結合して供給された状態から個々のワークに分断、または分断と同時にフィンの一部を所定形状に成形する際に、フィンにダメージを与えることなく、確実に所定の形状を得ることができるフィン押え方法並びに装置を提供するものである。更に、パイプの直径を増大させることで、フィンとフィンの通孔中にあるパイプとを結合させる液圧拡管方式において、簡易な機構で量産性のあるパイプと加圧設備間の気密接合方式及び装置を提供できるものである。
【0042】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、パイプの継目を極力少なくした一筆書き状のパイプ構造であり、熱交換性能を確保しつつ、設計自由度の高い熱交換器の製造方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である、熱交換器の製造工程を示す斜視図。
【図2】従来例である、押し曲げ方式を示す概略断面図。
【図3】従来例である、回転引き曲げ方式を示す概略断面図。
【図4】従来例である、回転引き曲げ方式の応用方式を示す概略断面図。
【図5】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式を示す概略断面図。
【図6】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の側面図。
【図7】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の概略説明図。
【図8】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の概略断面図。
【図9】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の概略断面図。
【図10】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式の概略断面図。
【図11】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式の概略断面図。
【図12】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式を多点同時曲げに応用した工程図。
【図13】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で加工したワークの平面図。
【図14】本発明の実施例である、フィンの分断工程図。
【図15】フィン押えの側面図であり、(a)は従来のフィン押え方式であり、(b)及び(c)は本発明のフィン押え方式の比較説明図。
【図16】本発明の実施例であり、熱交換器のフィン分断時と同時にフィンの一部を成形する斜視図。
【図17】本発明の実施例であり、パイプの内部を液体で加圧する場合の工程図。
【図18】本発明の実施例であり、熱交換器を搭載した冷蔵庫の一部を示す斜視図。
【符号の説明】
F…フィン、P…パイプ、H…熱交換器、Di…曲げ型
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器の製造方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
パイプとフィンとを組合せた構造の従来のクロスフィン型熱交換器は、社団法人日本塑性加工学会編「チューブフォーミング」(初版 1992年 コロナ社)第63頁に記載のように、一定間隔で平行に配列された複数のパイプと、そのパイプに垂直な方向に一定間隔で並べられた複数枚のフィンで構成されていた。そのため、従来の熱交換器の製造方法並びに製造装置としても、同文献に記載のように、複数個の通孔が設けられたフィンを所定間隔で整列させるフィン整列工程と、その各通孔中にパイプを通すパイプ挿入工程と、通孔中の各々のパイプを拡管してそれぞれの場所のフィンと接触させるパイプ拡管工程とで構成されるものであった。パイプ同士は、別のパイプ接合工程にて、180度に曲げ加工された個別部品を用いてろう付け等で接合されており、直管と180度曲げ管とを交互に接合して熱交換器を構成するものであった。フィンは、必要に応じてスリットを設けて熱交換性能を増大させる方策も採られていた。
【0003】
また、直管と180度曲げ管とを交互に接合しない構造の熱交換器として、特開平9―96496号公報に記載される、パイプを一筆書きで蛇行状に加工するパイプ曲げ加工工程を経た後に、フィンの切り込み線内に押し込む工程にてパイプとフィンを接合させるものがあった。
【0004】
このように、従来は1枚のフィンに対して複数本のパイプが固定されるため、お互いにフィン同士を結合した状態の複数の熱交換器を、1枚のフィンに対して1本のパイプのみが結合した状態に分断するというニーズは無かったものである。或いは、フィンのように剛性が弱く、ハンドリングの難しい部材が、曲げ加工領域以外に接合済の長尺直管のパイプを蛇行状に高速で折り曲げて1つの熱交換器を形成するというニーズもなかったものである。
【0005】
曲げ加工の具体的な方式としては、社団法人日本塑性加工学会編「チューブフォーミング」(初版 1992年 コロナ社)第44頁に記載のように、押し曲げ、引張り曲げ、回転引き曲げ等が知られている.
また、1つのワークに何箇所も曲げ加工箇所がある場合は、順次ワークを送り込む1箇所ずつ順番に折り曲げていくNCベンダが知られていた。
【0006】
更に、パイプとフィンとを結合する手段として、パイプの内部に液体を充填してその液体に所定の高い圧力を付加してパイプの直径を増大させる液圧拡管方式としては特開2000−280037号公報に記載のように、加圧装置とワークであるパイプとの結合方式として、弾性体を押し潰してシールする方法が知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の熱交換器製造方法の中で、複数個の通孔が設けられたフィンを所定間隔で整列させるフィン整列工程と、その各通孔中にパイプを通すパイプ挿入工程と、通孔中の各々のパイプを拡管してそれぞれの場所のフィンと接触させるパイプ拡管工程とで構成されるものでは、継目を極力少なくした構造であるパイプを一筆書き状に加工した部品には対応できず、且つ1個取り生産のためにタクトが長いものとなっていた。また、製品設計の自由度が少なく、多種多様な製品設計をしても生産のフレキシビリティが少ないという問題があった。
【0008】
また、パイプの接合箇所を極力少なくした、パイプを一筆書きで蛇行状に加工した後に、フィンに切り込み線内に押し込む構造の熱交換器の製造方法は、パイプとフィンの間に十分な緊縛力が得られず、熱交換性能が十分に確保できないという性能上の問題、及び、製品設計の自由度が少なく、多種多様な製品設計をしても生産のフレキシビリティが少ないという問題もあった。
【0009】
更に、曲げ加工方法においては、前述のNCベンダにてワークを順次送り込みながら1個所ずつ順番に折り曲げていく方式の場合、タクトが遅いという問題があったため、多点同時曲げ加工とする必要があった。
【0010】
図2は、従来の押し曲げ方式を示す説明図である。この方式では、両隣に位置するフィンブロックFbに挟まれたパイプPの曲げ箇所Pbのいずれかの端部近傍に曲げ型Db1を固定し、パイプを挟んでその反対側のパイプPの曲げ箇所Pbの端部に押付け型Dh1を位置決めする。そして、押付け型Dh1を曲げ型Db1に沿わせる形で回転させ、パイプPの曲げ箇所Pbは曲げ型Db1に倣って曲げ加工部が成形される。
【0011】
図3は、回転引き曲げ方式を示す説明図である。この方式では、両隣に位置するフィンブロックFbに挟まれたパイプPの曲げ箇所Pbのいずれかの端部近傍に曲げ型Db2を位置決めし、パイプを挟んでその反対側のパイプPの曲げ箇所Pbの端部に締付け型Dh23を固定する。そして、パイプPの曲げ箇所Pbの他端にクランプ型Dh21とDh22で固定し、パイプPに所定の軸力を付加する。この軸力を付加した状態で、曲げ型Db2と締付け型Dh23の相対位置を固定したままパイプPを曲げ型Db2に巻き付けるように回転させる。こうしてパイプPの曲げ箇所Pbは、曲げ型Db2に倣って曲げ加工部が成形される。
【0012】
図4は、図3に示した従来の回転引き曲げ方式の応用方式を示す説明図である。この方式では、両隣に位置するフィンブロックFbに挟まれたパイプPの曲げ箇所Pbの両端部近傍に曲げ型Db31、Db32を位置決めし、パイプを挟んでその反対側のパイプPの曲げ箇所Pbの端部にそれぞれ締付け型Dh31、Dh32を固定する。そして、締付け型Dh31,Dh32に引張力をかけることによってパイプPに所定の軸力を付加する。この軸力を付加した状態で曲げ型Db31と締付け型Dh31、及び、曲げ型Db32と締付け型Dh32の相対位置を固定したままパイプPを曲げ型Db31、Db32に巻き付けるようにそれぞれ回転させていく。こうして、曲げ型Db31と曲げ型Db32が合わさったところで、パイプPの曲げ箇所Pbは曲げ型Db31、Db32に倣った曲げ加工部が成形される。
【0013】
これら図2〜図4に示す従来の曲げ加工方式においては、ワークに接合されたフィンブロックFbは剛性が弱いためハンドリングが難しく,機械的に把持するなどして曲げ加工力を直接付加することができない。そのため、それぞれの方式に適した機構をパイプPの曲げ箇所Pbの所定長さの範囲内に収める必要がある。更に多点同時曲げを行なう場合は、曲げ加工が完了する時点で曲げ加工部同士が隣り合わせになり、結果として、曲げ機構をフィンブロックFbの幅以内に収める必要があった。すなわち、機構を収める領域として、奥行方法しかなかったものである。また、曲げ箇所Pbの長さやフィンブロックFbの幅そのものが小さくなっているため、その狭隘領域内に機構そのものを入れることも困難となっていた。
【0014】
従来の曲げ加工として知られる押し曲げ、引張り曲げ、回転引き曲げ等においては、機構を設置する空間を十分確保しなければならず、狭隘領域での曲げ加工には不向きであった。
【0015】
本発明の目的は、パイプの継目を極力少なくした一筆書き状のパイプ構造であり、熱交換性能を確保しつつ、設計自由度の高い熱交換器の製造方法及び装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的は、冷媒を通すパイプにフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、パイプ曲げ箇所にその両端へと配置されるパイプの曲がり形状を決定する曲げ型と、この曲げ型とパイプを挟んで対向する位置に配置される締付け型と、前記パイプの曲げ箇所の両端に配置した曲げ型及び締付け型の間に配置され、パイプを曲げる際に互いの表面に接触して回転する回転部材とを設置する工程と、前記締付け型へと力を加えパイプを曲げる工程とを備えることにより達成される。
【0017】
また、冷媒を通すパイプにフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、パイプ曲げ箇所の一端へと配置されるパイプの曲がり形状を決定する曲げ型と、この曲げ型とパイプを挟んで対向する位置に配置される締付け型と、パイプ曲げ箇所の他端へと配置されるパイプの保護部材と、この保護部材と前記曲げ型との間に配置され、パイプを曲げる際に前記保護部材に接触して回転する回転部材とを設置する工程と、前記締付け型へと力を加えパイプを曲げる工程とを備えることにより達成される。
【0018】
更に、曲げ型又は締付け型は、パイプの曲げ方向以外へと移動することを阻止するガイドを備えることが、曲げ加工を正確に行う上で好ましく、曲げ型を割型にすることで、曲げ加工を行った後に型を外しやすくなる。
【0019】
回転部材は、回転部材又は保護部材に接触する表面に滑り止めを備えることで意図しないパイプの変形を防止することができ、特に、表面形状をインボリュート曲面としたことで滑りを防止することができる。また、回転部材間に板材を挿入すると、曲げ加工後のパイプ間寸法を任意に設定することができる。更に、パイプの曲げ加工は、複数箇所を同時に行うことで製造時間を短縮できる。
【0020】
曲げ加工を行うパイプは、冷媒を通す複数のパイプに、このパイプ全てに渡るように複数のフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、前記複数のフィンの上下にフィンの変形を防止するフィン押えを配置する工程と、前記複数のパイプ間のフィンを切断する工程とを備えることが好ましく、フィン押えは、フィンと接触する面にフィンピッチに合わせた凹凸形状又はネジ溝を備えることが好ましい。また、フィンを切断する工程と同時又はフィンを切断する工程の後に、フィンの一部を折り曲げ加工することが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図1及び図5〜図17により説明する。
図1は、本発明の製造方法及び製造装置が発明されるに至る要因となった熱交換器の製造工程の一部を示す実施例の説明図である。熱交換器は、平行に並べられた複数枚のフィンFとパイプPを備えている。先ず、結合されたフィンFに複数本のパイプPを固定し、ワークの集合体Wpを形成する。この時、後の曲げ加工工程においてパイプPを曲げ加工する曲げ箇所Pbは、所定の長さだけ、また曲げ個所の数だけフィンFと接合しない。またパイプPの両端部分も所定長さだけフィンFを接合しない。その他の箇所は、フィンFを所定ピッチで所定長さに渡ってスタックされたフィンブロックFbを形成する。
【0022】
ワークの集合体Wpは、分断手段により分断線CLにおいて個別ワークWsに切離され、曲げ加工手段によりパイプPの複数個の曲げ箇所Pbを互い違いに折り曲げて、蛇行状ワークWbを形成する。この後工程において、更なる成形等の処理の後、熱交換器として製品に搭載される。従来の熱交換器の製造方法との大きな違いは、長尺のパイプPを扱うこと、並びにパイプ曲げ加工工程においてパイプPにフィンFが既に接合されているということである。
【0023】
図5は、本発明の実施例であるインボリュート曲げ方式を示す説明図である。インボリュート曲げ方式では、両隣に位置するフィンブロックFbに挟まれたパイプPの曲げ箇所Pbの両端部近傍に曲げ型Db41、Db42を位置決めし、パイプPを挟んでその反対側の曲げ箇所Pbの端部にそれぞれ締付け型Dh41、Dh42を固定する。これらの型を奥行方法の奥にある固定部材Di41,Di42に固定し、その固定部材Di41,Di42に設けたそれぞれの転がり面INV41、INV42で両者が転がるように回転動作させる。この転がり動作により、フィンブロックFbを破損させないための保護機構を用いずに、パイプPに所定の軸力を付加することができる。この状態でパイプPを曲げ型Db41、Db42に巻き付けるように動作させ、曲げ型Db41と曲げ型Db42が合わさったところで、パイプPの曲げ箇所Pbは、曲げ型Db41、Db42に倣った曲げ加工部が成形される。従来の図4にて示した回転引き曲げ方式の応用方式では、締付け型Dh31、Dh32に引張り力を付加させる機構が必要であったが、図5に示す実施例の方式では、固定部材Di41、Di42の転がり動作のみで、同様の動きが可能となる。この転がり面INV41、INV42は、インボリュート曲面とすることで、パイプPにとって最適な曲げ加工状態が得られるものである。
【0024】
図6は、本発明の実施例であるインボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の側面図である。パイプPの断面が円形である場合は、曲げ型DiをパイプPの曲げ加工部の内側全てに沿わすような形状とすると、曲げ加工後に曲げ型Diをワークから外すことができなくなってしまう。そこで、曲げ加工の転がり動作が垂直方向に行われるとすると、図6に示すように曲げ型Diを垂直方向に割り、曲げ型Di421と曲げ型Di422とでパイプPを挟むようにしたものである。この時、パイプPの直径の3〜5%程度に相当する隙間Di420を設けることでパイプPや曲げ型Diの仕上り精度に関係なく、曲げ型DiでパイプPを強固に把持できる。
【0025】
図7は、本発明の実施例であるインボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の平面図及びその動作を示す説明図である。曲げ型Di41は、保持部Dh41、内型部Db41、溝部Ds41、及び、インボリュート部INV41を備える。保持部Dh41は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、更に曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db41は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも保持部Dh41と共に保持する。溝部Ds41は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV41は、対となる相手の曲げ型Di42のインボリュート部INV42との転がり動作面であり、この転がり動作により、曲げ型を摩耗に対して強いものとしている。曲げ型Di41は、奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示した隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後には、その隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出す。曲げ型Di42は、曲げ型Di41と同様に保持部Dh42、内型部Db42、溝部Ds42、及び、インボリュート部INV42を備え、それぞれの構成部の機能については曲げ型Di41と同じである。尚、溝部Ds51、Ds52は、曲げ加工が進行するに連れて溝深さが深くなるように加工しても良く、この方法によりパイプ側面につくキズを軽減する効果がある。
【0026】
曲げ加工のプロセス途中では、理論上パイプPが内型部Db41、Db42と接する箇所においては円弧状となり、パイプPが、溝部Ds41、Ds42にある場合は直線状となる。そして最終的には、パイプPが全て内型部Db41、Db42に倣った形となり曲げ加工プロセスが終了する。
【0027】
図8は、本発明の実施例であり、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の実施例を示す説明図である。曲げ型Di51は、保持部Dh51、直管保持部Dp51、内型部Db51、溝部Ds51、及び、インボリュート部INV51を備える。保持部Dh51は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、溝部Ds51よりもやや大きい半径で削られた直管保持部Dp51が、パイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db51は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも直管保持部Dp51と共に保持する。溝部Ds51は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV51は、対となる相手の曲げ型Di52のインボリュート部INV52との転がり動作面である。曲げ型Di51は、奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示した隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後にはその隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出すものである。曲げ型Di52は、曲げ型Di51と同様に、保持部Dh52、直管保持部Dp52、内型部Db52、溝部Ds52、及び、インボリュート部INV52を備え、それぞれの構成部の機能については、曲げ型Di51と同じである。この曲げ型Di51、Di52を使用する場合のワークであるパイプPの曲げ箇所Pbは、大管径の箇所Pb21とPb22、及び、小管径の曲げ箇所Pb11から構成される。この場合、素管が小管径の曲げ箇所Pb11と同じであり、大管径の箇所Pb21、Pb22は、拡管によって作るものとすると、曲げ箇所Pb11は拡管による加工硬化は起きておらず、曲げ加工の領域が広くなる。また、径の異なる部位を有するパイプの使用は、大管径の箇所Pb21、Pb22と、小管径の曲げ箇所Pb11の境界線で段差ができるため、曲げ型Di51、Di52で把持する際の確実性が増す。
【0028】
図9は、本発明のインボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の実施例を示す説明図である。曲げ型Di61は、保持部Dh61、直管保持部Dp61、内型部Db61、溝部Ds61、及び、インボリュート部INV61を備えている。保持部Dh61は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、溝部Ds61よりもやや大きい半径で削られた直管保持部Dp61が、パイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db61は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも直管保持部Dp61と共に保持する。溝部Ds61は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV61は、対となる相手の曲げ型Di62のインボリュート部INV62との転がり動作面である。曲げ型Di61は奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示した隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後には、その隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出す。曲げ型Di62は、曲げ型Di61と同様に、保持部Dh62、直管保持部Dp62、内型部Db62、溝部Ds62、及び、インボリュート部INV62を備え、それぞれの構成部の機能に就いては曲げ型Di61と同じである。
【0029】
図8に示す曲げ型Di51及びDi52は、パイプPの曲げ加工時に引張力も圧縮力もかからない中立面が、パイプPの中心軸を通る面としているのに対して、図9に示す曲げ型Di61及びDi62は、曲げ加工の内側方向にγだけずれた位置にその中立面があるとしている。実際の曲げ加工において、このずれる現象は比較的よく見られるもので、実際にパイプPが曲げ加工後に内型部Db61、Db62に沿った形状となるのは本実施例の曲げ型である。曲げ型Di61、Di62の場合、図8に示す曲げ型Di51、Di52に比べて水平方向の長さがπγ/2だけ短くなる。この曲げ型Di61、Di62を使用する場合のワークであるパイプPの曲げ箇所Pbは、大管径の箇所Pb21とPb22、及び、小管径の曲げ箇所Pb11から構成される。この場合、素管が小管径の曲げ箇所Pb11と同じであり、大管径の箇所Pb21、Pb22は、拡管によって作るものとすると、曲げ箇所Pb11は拡管による加工硬化は起きておらず、曲げ加工の領域が広くなるメリットがある。また、大管径の箇所Pb21、Pb22と、小管径の曲げ箇所Pb11の境界線で段差ができるため、曲げ型Di61、Di62で把持する際の確実性が増す。
【0030】
図10は、本発明のインボリュート曲げ方式の実施例を示す説明図である。図7〜図9に示す本発明の実施例では、曲げ加工後のパイプPのピッチ間隔は曲げ型Diによって決まってしまうため、曲げ加工後のパイプPのピッチ間隔を変化させたい場合に別の手段が必要であった。そこで、本実施例では、曲げ型Di51は、保持部Dh51、直管保持部Dp51、内型部Db51、溝部Ds51、及び、インボリュート部INV51を備える。保持部Dh51は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、溝部Ds51よりもやや大きい半径で削られた直管保持部Dp51が、パイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db51は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも直管保持部Dp51と共に保持する。溝部Ds51は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV51は、対となる相手の曲げ型Di52のインボリュート部INV52との転がり動作面である。曲げ型Di51は、奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示す隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後には、その隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出すものである。曲げ型Di52は、曲げ型Di51と同様に保持部Dh52、直管保持部Dp52、内型部Db52、溝部Ds52、及び、インボリュート部INV52を備え、それぞれの構成部の機能に就いては曲げ型Di51と同じである。この曲げ型Di51、Di52の転がり動作するインボリュート部INV51、INV52の間に所定幅の部材Bpを挿入し、図7に示す動作と同様に曲げ型Di51、Di52を動作させる。これにより、曲げ加工後のパイプPのピッチ間隔は、曲げ型Di51、Di52のみで曲げ加工した場合よりも部材Bpの所定幅分だけ広く成形される。これにより、曲げ型Di51、Di52で加工される曲げ半径を最小半径として、両曲げ型間に挟む板材である部材Bpの幅を変化させるだけで任意のパイプPのピッチ間隔に曲げ加工が可能となる。この場合も曲げ型Di51、Di52と部材Bpとの間は転がり動作となり、摩耗に強いものとなる。
【0031】
図11は、本発明のインボリュート曲げ方式の実施例を示す説明図である。曲げ型Di51は、保持部Dh51、直管保持部Dp51、内型部Db51、溝部Ds51、及び、インボリュート部INV51を備えている。保持部Dh51は、曲げ加工前の直管状態時のパイプPを保持し、溝部Ds51よりもやや大きい半径で削られた直管保持部Dp51が、パイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管部分をも保持する。内型部Db51は、曲げ加工時にパイプPが倣う内型として作用するだけでなく、曲げ加工途中もパイプPの実際に曲げ加工される部分以外の直管パイプ部分をも直管保持部Dp51と共に保持する。溝部Ds51は、パイプPが直管パイプ状態から曲げ加工終了となる間のパイプPの動作する範囲であり、曲げ加工時にパイプPが必要以上に奥行方向に広がるのを防止する働きもある。インボリュート部INV51は、対となる相手の曲げ型Di52のインボリュート部INV52との転がり動作面である。曲げ型Di51は奥行方向に位置する勝手違いの型同士で構成され、図6に示した隙間Di420部でパイプPを固定し、更に曲げ加工終了後には、その隙間Di420で勝手違いの型同士を分割してワークを取出す。一方、曲げ型Di72は保持部Dh72と直管保持部Dd72から構成され、直管のパイプPを保持するだけの役割を持つものである。曲げ型Di51のインボリュート部INV51に沿って曲げ型Di72を動作させることによって、所定の90度曲げ加工が可能となる。図11においては、曲げ型Di72を固定して曲げ型Di51を回転させているが、曲げ型Di51を固定して曲げ型Di72を回転させても良い。本実施例の場合、曲げ型Di51、Di72は滑り動作となり、耐久性を考えると、両曲げ型の滑り面は十分な熱処理が必要となる。
【0032】
図12は、本発明のインボリュート曲げ方式を多点同時曲げに応用した実施例を示す説明図である。所定長さの直管パイプPと所定長さのフィンブロックFbからなるワークWは、フィン分断工程において個別ワークWsに切り離なされる。また、曲げ型Diが対ではめ込むことができる長さ分だけ,パイプPの曲げ箇所PbにフィンFは接合されていない。その曲げ箇所に所定向きの曲げ型Diを位置決めし、曲げ型DiとパイプPとを固定する。その後フィンブロックFbを挟んでウデとなる部材(図示せず)を介して位置を固定された曲げ型Diを、隣同士のウデがお互いに反対方向に回転するように動作させる。これによりパイプPが、蛇行状に曲げ加工され、蛇行状ワークWbを形成する。本実施例では、このようにして多点を同時に曲げ加工できるため、加工タクトを短縮できるものである。また、曲げ型周辺に機構が存在しないため、安価であり省スペースで確実な曲げ加工ができるものである。
【0033】
図13は、本発明のインボリュート曲げ方式で加工したワークの別の実施例を示す説明図である。本実施例では、インボリュート曲げ方式は曲げ加工する位置を任意に設定できるため、図13(a)、(b)に示すようにフィンブロック長さを任意とするワークにも対応可能である。複雑な機構を必要とした従来の方式ではこのようなフレキシビリティに対応できず、本発明により設計変更に対応したコンカレントな生産が可能となったものである。
【0034】
図14は、本発明の実施例であるフィン分断工程の説明図である。複数のワーク分が結合部Fcで結合された状態のフィンFは、所定枚数だけ平行にスタックされてパイプPと接合した状態でフィン分断工程に供給される。この時、フィンFの上下に2個所ずつ結合部Fcを設けてあり、上下の結合部Fcの間には予めフィン同士が分離した状態となるスリットFsを設けてある。フィン分断工程においては、フィンFの上下に設けられた結合部Fcを分断すれば個別ワークWsとすることができる。この時、フィンブロックFbの上下に存在する分断線CLに沿って分断手段を移動させて分断されるものである。
【0035】
図15は、フィン分断工程における従来のフィン押え方式と本発明の実施例であるフィン押え方式の比較説明図である。元々図15(a)に示すように、フィンFとパイプPからなるワークWは複数のワーク分のフィンFがその上下に設けた結合部Fcで結合され、結合部Fcの間に設けたスリットFsで分離しているので、フィン分断工程においては、フィンFの2個所の結合部Fcを分断するだけでフィンFは分断され、個別ワークWsとするものである。従来は、面が平らな剛体若しくは弾性体のフィン押えS11,S12でフィンFの上下を押さえていたものである。この場合、加工精度のばらつき等により、押さえられるフィンFと押さえられないフィンFが生じるため、フィン分時に所定の分断若しくは成形が達成できないという問題があった。そこで、図15(b)に示すように、定ピッチの山形突起Ssを一直線上に多数備えたフィン押えS21、S22を用いることにより、フィンFを1枚1枚確実に押さえることができ、所定の分断若しくは成形が可能となった。この時、山形突起Ssは、山形の頂点をピンポイント化してフィンFのスリットFsから離れる方向に傾斜(本実施例では45度)をつけることにより、フィンブロックFbの個々のフィンFへの挿入性が向上する。更に、図15(c)に示すように、山形突起Ssの代わりにフィンFのスタックピッチに等しいか若しくは小さいピッチのネジ部品Stを一直線上に並べたフィン押えS31、S32を用いる場合が挙げられる。本実施例の場合、ネジ部品Stは、フィン押えS31、S32のフィンFの押え面から僅かに出る形となり、そのネジ山でフィンを固定する働きがある。
【0036】
従来のフィン押え方法、本発明の実施例にて示すフィン押え方法のいずれの場合であっても、フィンFの結合部Fc近傍は解放しており、この解放溝に沿って分断手段がパイプPに平行に走査し、フィンFの結合部Fcを分断するものである。
【0037】
図16は、本発明の熱交換器のフィン分断時と同時にフィンの一部を成形する実施例を示す説明図である。図16(a)に示すように、分断スリットFsと成形スリットFhとを備えたフィンFは、所定の枚数だけスタックされてフィンブロックFbを形成し、パイプPと結合されたワークWがフィン分断工程に供給されると、分断手段を分断線CLに沿って走査し、個別ワークWsに分断する。この時、1枚のフィンFには1本のパイプPが接合されているため、パイプPとフィンFの接合工程において万が一所定の節合力が得られなかった場合に、そのフィンFだけがパイプPに対して回転可能となってしまい、後工程若しくは製品となった時に不都合を生じてしまう。それを防止する目的で、フィン分断と同時にフィンFの一部を折り曲げて,回転防止片Fuを隣のフィンFに被さるように成形する。最終的には、図16(b)に示すように、フィンFの4隅に回転防止片Fuを設けることで、万が一の接合不良が発生したとしても後工程若しくは製品として不都合を生じることはない。
【0038】
図17は、パイプの内部を液体で加圧する場合の、本発明の気密接合の実施例を示す説明図である。ワークWのパイプPの端部を位置決めし、半割りにした外周保持部材Vo1、Vo2を閉じる。次に、パイプPと外周保持部材Vo1、Vo2の通孔との間は隙間がある。この後、加圧部材ViをパイプPの端部より圧入し、パイプPの端部にフレア加工部Pfを形成する。この時、パイプPのフレア加工部と外周保持部材Vo1、Vo2は密着状態にある。圧入が完了した後に、加圧部材Viの通孔VhからパイプPの内部に所定の液体を注入し、液圧を加圧する。これにより、パイプPの外径が増大し、フィンFと密着接合状態となる。この後、パイプPの内部の液体を除去した後に、外周保持部材Vo1、Vo2を分割して解放し、加圧部材ViをパイプPから引き抜く。これにより、パイプPの端部フレア加工と拡管加工を同時に実施でき、リードタイムを短縮できる。
【0039】
図18は、本発明の実施例にて説明した製造方法で製造した熱交換器を搭載した状態の冷蔵庫の一部を示す斜視図である。図18は、冷蔵庫を背面から見た下部を示したもので、側板M1、M2、底板M3、蒸発皿Eによって囲まれた空間に、冷媒の凝縮サイクル系を搭載した構造を示すものである。パイプPとフィンFで構成されるワークWbは、さらに後工程での曲げ加工等の処理を終え、熱交換器Hとして冷蔵庫の機械室に組込まれて、コンプレッサCで圧縮された冷媒を熱交換器Hにおいて熱交換するものである。熱交換器Hにおいて放熱された熱量は、ファンXによって起こされる空気の強制対流によって外界に流される。
【0040】
本発明の熱交換器は、図18に示す冷蔵庫背面の凝縮サイクル以外にも、冷蔵庫内部の蒸発サイクル、空調機の熱交換器、冷凍機や除湿機の熱交換器にも適用可能である。
【0041】
以上説明した実施形態により、従来タイプの熱交換器と熱交換性能を維持しつつ、継目を極力少なくして冷媒漏れに対する信頼性を高めた熱交換器の製造方法並びに装置、特に、剛性の弱い部材が接合済みで取扱いが困難なワークにおいて、曲げ機構を入れられないほどの狭隘領域での高速一括曲げ加工方法及び装置を提供できるものである。また、複数のワークがフィン材にて結合して供給された状態から個々のワークに分断、または分断と同時にフィンの一部を所定形状に成形する際に、フィンにダメージを与えることなく、確実に所定の形状を得ることができるフィン押え方法並びに装置を提供するものである。更に、パイプの直径を増大させることで、フィンとフィンの通孔中にあるパイプとを結合させる液圧拡管方式において、簡易な機構で量産性のあるパイプと加圧設備間の気密接合方式及び装置を提供できるものである。
【0042】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、パイプの継目を極力少なくした一筆書き状のパイプ構造であり、熱交換性能を確保しつつ、設計自由度の高い熱交換器の製造方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である、熱交換器の製造工程を示す斜視図。
【図2】従来例である、押し曲げ方式を示す概略断面図。
【図3】従来例である、回転引き曲げ方式を示す概略断面図。
【図4】従来例である、回転引き曲げ方式の応用方式を示す概略断面図。
【図5】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式を示す概略断面図。
【図6】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の側面図。
【図7】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の概略説明図。
【図8】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の概略断面図。
【図9】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で使用する曲げ型の概略断面図。
【図10】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式の概略断面図。
【図11】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式の概略断面図。
【図12】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式を多点同時曲げに応用した工程図。
【図13】本発明の実施例である、インボリュート曲げ方式で加工したワークの平面図。
【図14】本発明の実施例である、フィンの分断工程図。
【図15】フィン押えの側面図であり、(a)は従来のフィン押え方式であり、(b)及び(c)は本発明のフィン押え方式の比較説明図。
【図16】本発明の実施例であり、熱交換器のフィン分断時と同時にフィンの一部を成形する斜視図。
【図17】本発明の実施例であり、パイプの内部を液体で加圧する場合の工程図。
【図18】本発明の実施例であり、熱交換器を搭載した冷蔵庫の一部を示す斜視図。
【符号の説明】
F…フィン、P…パイプ、H…熱交換器、Di…曲げ型
Claims (12)
- 冷媒を通すパイプにフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、パイプ曲げ箇所にその両端へと配置されるパイプの曲がり形状を決定する曲げ型と、この曲げ型とパイプを挟んで対向する位置に配置される締付け型と、前記パイプの曲げ箇所の両端に配置した曲げ型及び締付け型の間に配置され、パイプを曲げる際に互いの表面に接触して回転する回転部材とを設置する工程と、前記締付け型へと力を加えパイプを曲げる工程とを備えた熱交換器の製造方法。
- 冷媒を通すパイプにフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、パイプ曲げ箇所の一端へと配置されるパイプの曲がり形状を決定する曲げ型と、この曲げ型とパイプを挟んで対向する位置に配置される締付け型と、パイプ曲げ箇所の他端へと配置されるパイプの保護部材と、この保護部材と前記曲げ型との間に配置され、パイプを曲げる際に前記保護部材に接触して回転する回転部材とを設置する工程と、前記締付け型へと力を加えパイプを曲げる工程とを備えた熱交換器の製造方法。
- 請求項1又は2において、曲げ型又は締付け型が、パイプの曲げ方向以外へと移動することを阻止するガイドを備えた熱交換器の製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれかにおいて、曲げ型を割型とした熱交換器の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれかにおいて、回転部材が、回転部材又は保護部材に接触する表面に滑り止めを備えた熱交換器の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれかにおいて、回転部材が、回転部材又は保護部材に接触する表面形状をインボリュート曲面とした熱交換器の製造方法。
- 請求項1乃至6のいずれかにおいて、回転部材間に板材を挿入する熱交換器の製造方法。
- 請求項1乃至7のいずれかにおいて、パイプを曲げる工程を複数箇所同時に行う熱交換器の製造方法。
- 冷媒を通す複数のパイプに、このパイプ全てに渡るように複数のフィンを貫通固定し、フィンとフィンとの間隔を狭めたフィンブロック部と、フィンとフィンとの間隔をフィンブロック部よりも広げたパイプ曲げ箇所とを形成する工程と、前記複数のフィンの上下にフィンの変形を防止するフィン押えを配置する工程と、前記複数のパイプ間のフィンを切断する工程とを備えた熱交換器の製造方法。
- 請求項9において、フィン押えが、フィンと接触する面にフィンピッチに合わせた凹凸形状又はネジ溝を備える熱交換器の製造方法。
- 請求項9又は10において、フィンを切断する工程と同時又はフィンを切断する工程の後に、フィンの一部を折り曲げ加工する熱交換器の製造方法。
- 請求項1乃至11のいずれかの製造方法により製造された熱交換器。
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JP2002194075A JP2004034079A (ja) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | 熱交換器の製造方法及び装置 |
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CN101890446A (zh) * | 2010-07-28 | 2010-11-24 | 三花丹佛斯(杭州)微通道换热器有限公司 | 换热器折弯方法和换热器折弯工具 |
CN109530500A (zh) * | 2017-09-22 | 2019-03-29 | 世光高新技术企业 | 弯头及弯头制造方法 |
KR102453702B1 (ko) * | 2022-03-23 | 2022-10-14 | 청남공조(주) | 열교환용 전열관의 제조방법 |
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2002
- 2002-07-03 JP JP2002194075A patent/JP2004034079A/ja active Pending
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