(57)【要約】【課題】ヘアピン管の内径に高圧力が加えられた場合、ヘアピン管が高圧力に耐えられず亀裂を生じて破損することを抑制できる熱交換器を得ること。【解決手段】サイドプレート５ａを有する筐体５の内部に放熱フィン４が複数重合され、放熱フィン４とサイドプレート５ａとに設けられた貫通穴にヘアピン管３が挿通された熱交換器２において、他管と接合するため管口に設けられた２次拡管部３ｂとサイドプレート５を貫通する部分との間のヘアピン管３に突起ビード３ｅを備える。【選択図】図３
2010078200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイドプレートを有する筐体の内部に放熱フィンが複数重合され、前記放熱フィンと前記サイドプレートとに設けられた貫通穴に管が挿通された熱交換器において、
他管と接合するため管口に設けられた接合部と前記サイドプレートを貫通する部分との間の前記管に耐圧部を備えた熱交換器。
【請求項２】
耐圧部を突起ビードで構成することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
サイドプレートを有する筐体の内部に放熱フィンが複数重合され、前記放熱フィンと前記サイドプレートとに設けられた貫通穴に管が挿通された熱交換器の製造方法において、
拡管ビレットを挿入して前記管を拡管する工程と、
フレアポンチを前記管の管口に挿入して、他管と接合するための接合部を成形する工程と、
前記サイドプレートよりも前記管の管口側にビード加工により耐圧部を成形する工程とを備えた熱交換器の製造方法。
【請求項４】
接合部を成形した後、フレアポンチを更に管の奥方向に押し込むことで、サイドプレートを貫通する部分と前記接合部との間に耐圧部を成形することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項５】
円周方向に分割した円筒部分を有する構造の第一の成形部と、前記第一の成形部の内部で中心軸上に配置された第二の成形部と、を有する成形工具を管に挿入し、
前記第二の成形部を管口側から奥方向に押し込むことにより、前記第一の成形部の前記円筒部分を分割して前記管の外径方向に押し広げ、耐圧部を成形することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘアピン管に耐圧構造を備えた熱交換器及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器の製造方法においては、放熱フィンに挿通された管の管口部から拡管ビレットを所定の寸法で圧入して所定長の拡管部を形成した後、拡管部の周面部を把持体の管当接部材で把持していた。拡管部を管当接部材で把持した後、拡管ビレットを前進させて管を拡管し、拡管部を管当接部材の固定から開放させた後、管口部にフレアポンチを圧入してフレア加工を施して接合部を形成し、熱交換器を製造していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０１２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱交換器は、サイドプレートを有する筐体の内部に放熱フィンが複数重合されており、放熱フィンとサイドプレートとに設けられた貫通穴にヘアピン管が挿通された構造となっている。従来の熱交換器では、ヘアピン管内径に高圧力が加えられた場合、他管と接合するために管口に設けられた接合部とサイドプレートを貫通する部分との間の直管部が高圧力に耐えられず、亀裂を生じて破損する問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、サイドプレートを貫通する部分と接合部との間において、ヘアピン管の強度を向上することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、ヘアピン管において、サイドプレートを貫通する部分と接合部との間に耐圧部を形成したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、サイドプレートを貫通する部分と接合部との間に耐圧部を形成することにより、サイドプレートを貫通する部分と接合部との間のヘアピン管の強度が向上する。ヘアピン管内径に高圧力が加えられた場合でも、サイドプレートを貫通する部分と接合部との間の直管部が高圧力に耐えられずに亀裂を生じて破裂する製品不良を抑制できる、と言った従来にない顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における空気調和機の構成を示す概略斜視図である。なお、以下の各実施の形態を説明するための各図において、同一符号は、同一又は相当の構成を示す。図１において、空気調和機１は熱交換器２を備えている。図２は本発明の実施の形態１における熱交換器２を示す斜視図である。熱交換器２はサイドプレート５ａを有する筐体５内に複数のヘアピン管３を有している。図２において、熱交換器２はＬ曲げ状態であるが、これは空気調和機１に組み込む前の状態を示している。後述するヘアピン管３の内径を拡管する工程では、熱交換器２は真直状態である。
【０００９】
図３は図２のＡ部を示す拡大断面図である。ヘアピン管３は、１次拡管部３ａ、接合部である２次拡管部３ｂ、２次フレア部３ｃ、３次フレア部３ｄ、及び耐圧部である突起ビード３ｅを備えている。熱交換器２は、サイドプレート５ａを有する筐体５内部に複数重ね合わされた放熱フィン４を備え、サイドプレート５ａ及び放熱フィン４に設けられた複数の貫通穴にそれぞれ、ヘアピン管３が挿通された構造である。複数のヘアピン管３の内径を拡管することで、放熱フィン４及びサイドプレート５ａとヘアピン管３とを一体化して、熱交換器２は形成される。
【００１０】
なお、以下では、ヘアピン管３の全長（もしくは、少なくとも管内径の数倍以上である所定長さ）にわたり管内径を拡げることを１次拡管と称し、１次拡管後に更に管内径を拡げることを２次拡管と称する。また、ヘアピン管３の一部分のみ管内径を拡げた構造を突起ビード３ｅと定義する。
【００１１】
図４は本発明の実施の形態１における熱交換器２の製造工程を示すヘアピン管３の断面図である。図５は本発明の実施の形態１における熱交換器２の製造工程を示すフローチャートである。図４(ａ)〜(ｅ)に示す断面図はそれぞれ、図５に示すＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ９０に対応する。
【００１２】
以下の各実施の形態では、熱交換器２の製造方法について、管軸が垂直方向を向くようにヘアピン管３を配置して製造する場合を例に説明する。しかし、管軸が水平方向を向くようにヘアピン管３を配置して製造してもよいことは言うまでもない。
【００１３】
図４（ａ）において、ヘアピン管３の外径を把持体６で固定しない状態で、拡管ビレット７で管口部を事前に予備拡管する（ＳＴＥＰ５０）。次に、図４（ｂ）に示すように、拡管ビレット７を把持体６の下方まで挿入し、把持体６でヘアピン管３の外径を固定する。把持体６でヘアピン管３を固定後、拡管ビレット７を更に推し進めることで、ヘアピン管３の全長にわたり１次拡管する（ＳＴＥＰ６０）。
【００１４】
次工程において、図４（ｃ）に示すように、把持体６でヘアピン管３の外径を固定したままの状態で、フレアポンチ８により２次拡管部３ｂ、２次フレア部３ｃ、３次フレア部３ｄを同時成形する（ＳＴＥＰ７０）。図４（ｄ）に示すように、フレアポンチ８を更に下方に押し進めることで、２次拡管部３ｂとサイドプレート５ａを貫通する部分との間の直管部を座屈させて突起ビード３ｅを形成する（ＳＴＥＰ８０）。次に、図４（ｅ）に示すように、拡管ビレット７とフレアポンチ８とを引抜くことで熱交換器２を製造する（ＳＴＥＰ９０）。
【００１５】
熱交換器２は、サイドプレート５ａを有する筐体５の内部に放熱フィン４が複数重合され、放熱フィン４及びサイドプレート５ａに設けられた複数の貫通穴にそれぞれ、ヘアピン管３が挿通された構成である。このため、ヘアピン管３の内径に高圧力が加えられた場合、サイドプレート５ａと複数の放熱フィン４とが重合された部分のヘアピン管３の外形部は、サイドプレート５ａ及び放熱フィン４が剛体として保護することで高圧力に対して強固である。同様に、接合部である２次拡管部３ｂは、上述の拡管工程の後（ＳＴＥＰ９０の後）、他の配管が接合されることで、高圧力に対して強固である。つまり、空気調和機１において、ヘアピン管３の内径に高圧力が加えられた場合、サイドプレート５ａを貫通する部分と２次拡管部３ｂとの間の直管部が内圧に対して最も弱い部分である。
【００１６】
図６は本発明の実施の形態１における突起ビード３ｅの高さと断面二次モーメントとの相関を示す図である。図６は、突起ビード３ｅの幅を１．５ｍｍに設定した場合のビード高さの変化における断面二次モーメントの計算値曲線を示しており、縦軸は、ヘアピン管３の直管部に突起ビード３ｅを成形しない場合の断面二次モーメントに対するヘアピン管３に突起ビード３ｅを成形した場合の断面二次モーメントの比を表している。なお、図６は、外径７．０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのヘアピン管３を扱った場合を示している。
【００１７】
外径７．０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのヘアピン管３に対して、２次拡管部３ｂとサイドプレート５ａを貫通する部分との間の直管部に、例えば、幅１．５ｍｍ、高さ１．０ｍｍの突起ビード３ｅを成形した場合について説明する。図６に示すように、突起ビード３ｅを成形した場合は、突起ビード３ｅを成形しない場合と比較して、強度を４．６倍に向上できる。これは、断面二次モーメントの計算式Ｉ＝幅ｂ×高さｈ３÷１２から算出できる。
【００１８】
図７は本発明の実施の形態１における突起ビード３ｅの高さと幅とを説明するヘアピン管３の断面図である。突起ビード３ｅの高さは、ヘアピン管３の内径から突起ビード３ｅの外径までの距離である。外径７．０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのヘアピン管３に対して、２次拡管部３ｂとサイドプレート５ａを貫通する部分との間の直管部に幅１．５ｍｍ、高さ１．０ｍｍの突起ビード３ｅを成形するためには、直管部の長さ２．５ｍｍを必要とする。また、肉厚が０．５ｍｍであるため、突起ビード３ｅ内側の中空部分は、幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとなる。
【００１９】
断面二次モーメントの計算式から、突起ビード３ｅの断面二次モーメントは幅１．５×高さ１３／１２−幅０．５×高さ０．５３／１２＝０．１２０ｍｍ４となる。一方、突起ビード３ｅを成形しない場合の断面二次モーメントは、幅（必要な直管部長さ）２．５×高さ（肉厚）０．５３／１２＝０．０２６ｍｍ４となる。よって、突起ビード３ｅを成形した場合は、突起ビード３ｅを成形しない場合と比較して、強度を４．６倍に向上できる。
【００２０】
図８は本発明の実施の形態１における断面二次モーメントと耐圧との相関を示す図である。図８において、２００は実測曲線、２１０は製品仕様線を示している。なお、本図における横軸は、図６の縦軸とは異なり、断面二次モーメントの絶対値を示している。以下では、製品の耐圧仕様を１５ＭＰａに設定した場合について説明する。
【００２１】
幅１．５ｍｍ、高さ１．０ｍｍの突起ビード３ｅを成形した場合、断面二次モーメントが０．１２０ｍｍ４になるため、図８からわかるように、製品の耐圧として１８ＭＰａが確保される。突起ビード３ｅを成形しない場合の断面二次モーメントは０．０２６ｍｍ４であるため、耐圧が１５ＭＰａ以下となり製品仕様を満足しないが、突起ビード３ｅを成形することにより製品仕様を満足することがわかる。なお、突起ビード３ｅの形状は、幅１．５ｍｍ、高さ１．０ｍｍに限られず、製品仕様を満足する耐圧を得ることができる断面二次モーメントとなるように突起ビード３ｅの形状を設定すれば良いことは言うまでもない。
【００２２】
本実施の形態１によれば、サイドプレート５ａを貫通する部分と２次拡管部３ｂとの間に突起ビード３ｅを形成することにより、ヘアピン管３の強度を向上させている。これにより、ヘアピン管３の内径に高圧力が加えられた場合、サイドプレート５ａを貫通する部分と２次拡管部３ｂとの間の部分が高圧力に耐えられず、亀裂を生じて破裂する製品不良を抑制できる。
【００２３】
実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２における熱交換器２の製造工程を示すヘアピン管３の断面図である。図１０は本発明の実施の形態２における熱交換器２の製造工程を示すフローチャートである。図９（ａ）〜（ｆ）に示す断面図はそれぞれ、図１０に示すＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ１１０に対応する。なお、図９（ａ）〜（ｃ）、及び図１０に示すＳＴＥＰ５０、ＳＴＥＰ６０、ＳＴＥＰ７０の工程は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００２４】
フレアポンチ８により２次拡管部３ｂ、２次フレア部３ｃ、３次フレア部３ｄを同時成形した後、図９（ｄ）に示すように、拡管ビレット７とフレアポンチ８とを引抜く（ＳＴＥＰ９１）。次に、図９（ｅ）に示すように、成形工具９をヘアピン管３の内径に挿入する（ＳＴＥＰ１００）。
【００２５】
成形工具９は、割り型方式の第一の成形部９ａと、第一の成形部９ａ内部を長手方向に移動可能な第二の成形部９ｂとを有する。第一の成形部９ａの長手方向における中心軸と、第二の成形部９ｂの長手方向における中心軸とは一致している。第一の成形部９ａは、円周方向に分割した円筒部分を有する構造である。第二の成形部９ｂが第一の成形部９ａの長手方向に押し込まれることで、第一の成形部９ａがヘアピン管３の径方向に開き、円筒部分が突起ビード３ｅを成形する構造となっている。図９（ｅ）では、第一の成形部９ａの円筒部分の位置が、突起ビードを成形する箇所に一致するように、成形工具９をヘアピン管３に挿入する。
【００２６】
図９（ｆ）に示すように、第二の成形部９ｂを管口部側から奥方向に押し込むことで第一の成形部９ａがヘアピン管３の外径方向に押し広げられる。第一の成形部９ａの円筒部分がヘアピン管３の外径方向に押し広げられることで、サイドプレート５ａを貫通する部分と２次拡管部３ｂとの間に高剛性の突起ビード３ｅを形成する（ＳＴＥＰ１１０）。
【００２７】
本実施の形態２によれば、２次拡管部３ｂとサイドプレート５ａとの間に成形工具９を用いて突起ビード３ｅを形成することにより、ヘアピン管３の強度を向上させている。これにより、ヘアピン管３の内径に高圧力が加えられた場合、サイドプレート５ａを貫通する部分と２次拡管部３ｂとの間の部分が高圧力に耐えられず、亀裂を生じて破裂する製品不良を抑制できる。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態２では、フレアポンチ８により２次拡管部３ｂ、２次フレア部３ｃ、３次フレア部３ｄを形成後に、成形工具９により突起ビード３ｅを形成したが、順序が逆になっても良い。
【００２９】
図１１は本発明の実施の形態３における熱交換器２の製造工程を示すヘアピン管３の断面図である。図１２は本発明の実施の形態３における熱交換器２の製造工程を示すフローチャートである。図１１(ａ)〜(ｆ)に示す断面図はそれぞれ、図１２に示すＳＴＥＰ１０１〜ＳＴＥＰ１５０に対応する。
【００３０】
図１１（ａ）に示すように、ヘアピン管３の外径を把持体６で固定し、成形工具９をヘアピン管３に挿入する（ＳＴＥＰ１０１）。次に、図１１（ｂ）に示すように、第二の成形部９ｂを管口部側から奥方向に押し込むことで第一の成形部９ａがヘアピン管３の外径方向に押し広げられる。第一の成形部９ａの円筒部分がヘアピン管３の外径方向に押し広げられることで、サイドプレート５ａを貫通する部分と２次拡管部３ｂとの間に高剛性の突起ビード３ｅを形成する（ＳＴＥＰ１１１）。突起ビード３ｅの形成後、図１１（ｃ）に示すように、第二の成形部９ｂを後退させて、外径方向に押し広げられていた第一の成形部９ａを元の状態に戻し、成形工具９をヘアピン管３から引抜く（ＳＴＥＰ１２０）。
【００３１】
次に、図１１（ｄ）に示すように、形成した突起ビード３ｅを把持体６に引掛けた状態で拡管ビレット７をヘアピン管３に挿入し、ヘアピン管３の全長にわたり１次拡管する（ＳＴＥＰ１３０）。１次拡管後、図１１（ｅ）に示すように、フレアポンチ８をヘアピン管３の管口部に挿入し、２次拡管部３ｂ、２次フレア部３ｃ、３次フレア部３ｄを同時成形する（ＳＴＥＰ１４０）。次に、図１１（ｆ）に示すように、拡管ビレット７とフレアポンチ８とを引抜くことで熱交換器２を製造する（ＳＴＥＰ１５０）。
【００３２】
本実施の形態３によれば、サイドプレート５ａを貫通する部分と２次拡管部３ｂとの間に成形工具９を用いて突起ビード３ｅを形成することにより、ヘアピン管３の強度を向上させている。これにより、ヘアピン管３の内径に高圧力が加えられた場合、サイドプレート５ａを貫通する部分と２次拡管部３ｂとの間の部分が高圧力に耐えられず、亀裂を生じて破裂する製品不良を抑制できる。
【００３３】
また、突起ビード３ｅを１次拡管前に形成し、把持体６に突起ビード３ｅを引掛けてヘアピン管３を１次拡管できる。このため、１次拡管時の初期に発生する過大なビレット挿入荷重に対してヘアピン管３の全長にわたる曲がりを抑制できる。更に、ヘアピン管３の曲がりを防止できるため、熱交換器２本体の反りを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１における空気調和機の構成を示す概略斜視図である
【図２】本発明の実施の形態１における熱交換器２を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ部を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における熱交換器２の製造工程を示すヘアピン管３の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における熱交換器２の製造工程を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１における突起ビード３ｅの高さと断面二次モーメントとの相関を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における突起ビード３ｅの高さと幅とを説明するヘアピン管３の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における断面二次モーメントと耐圧との相関を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２における熱交換器２の製造工程を示すヘアピン管３の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における熱交換器２の製造工程を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３における熱交換器２の製造工程を示すヘアピン管３の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における熱交換器２の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
２  熱交換器
３  ヘアピン管
３ｂ  ２次拡管部
３ｅ  突起ビード
４  放熱フィン
５  筐体
５ａ  サイドプレート
８  フレアポンチ
９  成形工具
９ａ  第一の成形部
９ｂ  第二の成形部
【図１】
2010078200.tif 000003
【図２】
2010078200.tif 000004
【図３】
2010078200.tif 000005
【図４】
2010078200.tif 000006
【図５】
2010078200.tif 000007
【図６】
2010078200.tif 000008
【図７】
2010078200.tif 000009
【図８】
2010078200.tif 000010
【図９】
2010078200.tif 000011
【図１０】
2010078200.tif 000012
【図１１】
2010078200.tif 000013
【図１２】
2010078200.tif 000014