(57)【要約】【課題】  拡管ビレットを挿入してヘアピン管を１次拡管する工程において、拡管ビレットの初期挿入力に対して、ヘアピン管の曲がりを抑制できる熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】  複数重ね合わされた放熱フィン４の貫通穴に挿通されたヘアピン管３の管口部に、曲がり防止マンドレル９により所定の長さの予備拡管部３ｅを予め成形する。拡管ビレット７を予備拡管部３ｅまで挿入して把持体６でヘアピン管３を把持した後、拡管ビレット７を更に奥に押し進めてヘアピン管３を所望の長さまで１次拡管する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の管口部を所定の長さだけ拡管して予備拡管部を成形する第一工程と、
前記予備拡管部に拡管ビレットを挿入し、前記把持体で前記予備拡管部を把持した後、前記拡管ビレットを更に押し進める第二工程と、
を備えた熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記第一工程は、前記管の全体の曲がりを抑制する曲がり防止部と前記曲がり防止部よりも外径が大きな管口拡管部とを有する曲がり防止マンドレルを前記管に挿入して、前記予備拡管部を成形することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記第二工程は、前記予備拡管部を前記把持体で把持し、前記把持体が把持する箇所まで前記拡管ビレットを挿入した後、前記把持体が把持する箇所を前記予備拡管部の管口に近い箇所に変更した後、前記拡管ビレットを更に押し進めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記把持体は、互いに把持する方向が直交する第一の把持部と第二の把持部を有しており、前記第二の把持部は前記第一の把持部よりも前記予備拡管部の管口に近い箇所を把持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】
前記管が均等溝ヘアピン管の場合、拡管率を５．０〜７．０％の範囲に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項６】
前記管が不均等溝ヘアピン管の場合、拡管率を５．０〜６．０％の範囲に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか１項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、熱交換器の製造方法、特に、アルミニウム製のヘアピン管内径を拡管する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、その後、管口部にフレアポンチを圧入してフレア加工を施し、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】
従来の熱交換器の製造方法では、ヘアピン管の外径を把持体で固定しない状態でヘアピン管内径に拡管ビレットを所定長まで挿入し、所定長の拡管部を形成した後、ヘアピン管外径を把持体で固定して、更に拡管ビレットを前進させていた。ヘアピン管外径を固定しない状態で拡管ビレットを挿入するため、初期挿入力が過大に発生した場合、ヘアピン管に座屈や反りが発生する問題があった。
【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、ヘアピン管の内径を拡管する工程で、ヘアピン管の座屈や反りを低減できる熱交換器の製造方法を得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の製造方法は、管の管口部を所定の長さだけ拡管して予備拡管部を成形する第一工程と、予備拡管部に拡管ビレットを挿入し、把持体で予備拡管部を把持した後、拡管ビレットを更に押し進める工程とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る熱交換器の製造方法によれば、管口部を事前に拡管して予備拡管部を成形する第一工程を備え、拡管ビレットを予備拡管部まで挿入してヘアピン管の外径を把持体で固定できるため、拡管ビレットを予備拡管部よりも更に奥へ挿入する工程において初期挿入力が過大に発生した場合、拡管ビレットの挿入荷重によるヘアピン管の曲がりを抑制できる、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。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、２次拡管部３ｂ、２次フレア部３ｃ、及び３次フレア部３ｄを備えている。熱交換器２は、複数重ね合わされた放熱フィン４の上部にサイドプレート５を備え、放熱フィン４の複数の貫通穴にそれぞれ、ヘアピン管３が挿通されている。複数のヘアピン管３の内径を拡管することで、熱交換器２は、放熱フィン４及びサイドプレート５とヘアピン管３とを一体化して形成される。
【００１０】
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。以下の各実施の形態において、図中、図４と同一符号は、同一又は相当の構成を示す。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。図６は本発明の実施の形態１における曲がり防止マンドレル９を示す断面図である。
【００１１】
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を配置して拡管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を配置して拡管してもよいことは言うまでもない。
【００１２】
図４（ａ）に示す第一工程である予備拡管工程において、ヘアピン管３の外径を把持体６で固定しない状態で曲がり防止マンドレル９により管口部を所定の長さだけ事前に予備拡管しておく。曲がり防止マンドレル９はヘアピン管３の曲がりを防止するためのものである。例えば、外径φ７ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、１次拡管部長さ７００ｍｍ程度のヘアピン管３を、曲がり防止マンドレル９を使用して拡管する場合、銅管のみの曲げ剛性に対して、約２．５倍の曲げ剛性を得ることができる。このため、後述する拡管ビレット７の挿入荷重によるヘアピン管３の曲がりを低減できる。
【００１３】
図６に示すように、曲がり防止マンドレル９は、管口拡管部９ａと曲がり防止部９ｂにより構成される。管口拡管部９ａの外径は次工程で用いる拡管ビレット７の外径と等しく、曲がり防止部９ｂの外径は拡管前のヘアピン管３の内径と等しい。予備拡管工程では、曲がり防止マンドレル９の管口拡管部９ａにより、ヘアピン管３の管口部を把持体６で把持することができる長さ、事前に拡管して予備拡管部３ｅを形成する。また、曲がり防止マンドレル９の曲がり防止部９ｂにより、ヘアピン管３の全長に渡り、管の曲がりを矯正しておく。曲がり防止マンドレル９を使用することでヘアピン管３の全長に渡り曲げ剛性を強固にすることができ、拡管初期に発生する過大な挿入荷重に対して、ヘアピン管３の曲がりを防止することができる（以上、ＳＴＥＰ５０）。
【００１４】
次に、図４（ｂ）〜（ｅ）に示す第二工程において、ヘアピン管３を１次拡管して放熱フィン４と一体形成する。以下、第二工程を詳細に説明する。
【００１５】
曲がり防止用マンドレル９を引抜いた後、図４（ｂ）に示すように、第一工程において形成した予備拡管部３ｅの部分まで、拡管ビレット７を挿入する。予備拡管部３ｅは予め、拡管ビレット７の外径に合わせて拡管されているため、予備拡管部３ｅに拡管ビレット７を挿入する段階では拡管ビレット７の挿入力が過大となることはない。このため、予備拡管部３ｅに拡管ビレット７を挿入する段階では、把持体６でヘアピン管３の外径を把持しなくても、ヘアピン管３が曲がることはない（ＳＴＥＰ６０）。
【００１６】
次に、図４（ｃ）に示すように、ヘアピン管３の外径を把持体６で固定する。把持体６でヘアピン管３を固定後、拡管ビレット７を更に押し進めることで、所定長さに渡り１次拡管部３ａを形成する。拡管ビレット７を予備拡管部３ｅよりも更に押し進めるときには、図４（ｂ）に示す工程とは異なり、拡管ビレット７の挿入において、過大な初期挿入力が発生する場合がある。しかし、ヘアピン管３を把持体６で固定しているため、ヘアピン管３の曲がりを抑制して所定長さまで１次拡管部３ａを形成できる（ＳＴＥＰ７０）。
【００１７】
次に、図４（ｄ）に示すように、把持体６を開放した後、拡管ビレット７は挿入したままの状態で、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（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を引抜くことで熱交換器２を製造する（ＳＴＥＰ９０）。
【００１８】
図７は本発明の実施の形態１における拡管率と拡管ビレット７の挿入力との相関関係を示す図である。図７において、４００は均等溝ヘアピン管の実測曲線、４１０は不均等溝ヘアピン管の実測曲線、４２０は従来の座屈境界線をそれぞれ示している。図中の●印は、実測値を示している。なお、後述するように、均等溝ヘアピン管とは、内径に形成された溝の深さが均等なヘアピン管３であり、不均等溝ヘアピン管とは、内径に形成された溝の深さが不均等なヘアピン管３である。
【００１９】
従来の製造方法では、ビレット挿入力が６００Ｎ以上になると、ヘアピン管が座屈し、製品として適用することができなかった。即ち、従来の製造方法では、均等溝ヘアピン管を拡管率６．０％以上に加工する場合や、不均等溝ヘアピン管を拡管率５．０％以上に加工する場合には、ビレット挿入力が６００Ｎ以上必要となるため、製品として適用することができなかった。しかし、本実施の形態１における製造工程を採用した場合は、図中の全ての実測ポイント（●印）において、ヘアピン管３に曲げや反りがなく拡管することができた。
【００２０】
本実施の形態１における熱交換器２の製造工程によれば、事前に管口部を所定の長さだけ拡管して予備拡管部３ｅを形成し、予備拡管部３ｅまで拡管ビレット７を挿入後、ヘアピン管３の外径を把持体６で固定する。ヘアピン管３の外径を把持体６で固定した状態で、拡管ビレット７を更に押し進めるため、過大な初期挿入力が発生しても、ヘアピン管３の曲がりや反りを抑制できる。
【００２１】
また、事前に予備拡管部３ｅを形成する際には、曲がり防止マンドレル９を用いてヘアピン管３の管口部を拡管している。このため、予備拡管部３ｅ形成に際して、過大な初期挿入力が発生しても、ヘアピン管３の曲がりや反りを抑制できる。
【００２２】
更に、曲がり防止マンドレル９の曲がり防止部により、予めヘアピン管３の曲がりを矯正しているため、ヘアピン管３の曲がりが少ない。このため、拡管ビレット７の引抜きに必要な引抜き荷重が小さくて済むので、拡管ビレット７の引抜きにおけるヘアピン管３の曲がりや反りを抑制できる。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。
【００２３】
実施の形態２．
実施の形態１では、予備拡管部３ｅに拡管ビレット７を挿入後に把持体６でヘアピン管３を把持したが、把持体６の構成を変更することにより、ヘアピン管３を把持した後に予備拡管部３ｅに拡管ビレット７を挿入することができる。
【００２４】
図８は本発明の実施の形態２における熱交換器２の製造方法における第二工程を示すヘアピン管３の断面図である。図８(ａ)は、ヘアピン管３の管軸方向に直交する断面図である。図８(ｂ),(ｄ),(ｅ)は、図８(ａ)のＸ−Ｘ断面図である。また、図８(ｃ)は、図８(ａ)のＹ−Ｙ断面図である。図９は本発明の実施の形態２における熱交換器２の製造方法における第二工程を示すフローチャートである。図８(ｂ)〜(ｅ)に示す断面図はそれぞれ、図９に示すＳＴＥＰ６１〜ＳＴＥＰ９０に対応する。熱交換器２の製造方法における第一工程は実施の形態１と同一であるため、以下では説明を省略し、第二工程について説明する。
【００２５】
把持体６は、第一の把持部６ａと第二の把持部６ｂとを有している。第一の把持部６ａと第二の把持部６ｂとは、図８(ａ)に示すように、ヘアピン管３を把持する方向が直交している。また、図８(ｂ)，(ｃ)に示すように、ヘアピン管３を把持する位置も異なる。
【００２６】
本実施の形態２における第二工程では、まず、図８(ｂ)に示すように、第一の把持部６ａでヘアピン管３の外径を把持した後、拡管ビレット７を第一の把持部６ａで把持した箇所まで挿入する。予備拡管部３ｅに拡管ビレット７を挿入する段階で、ヘアピン管３の外径を把持体６で把持しているため、予備拡管部３ｅへの挿入荷重に対しても、ヘアピン管３の曲がりを防止することができる（ＳＴＥＰ６１）。
【００２７】
次に、図８(ｃ)に示すように、第一の把持部６ａから第二の把持部６ｂでヘアピン管３を掴み代えた後、拡管ビレット７を押し進めてヘアピン管３を所定長さまで１次拡管する。第二の把持部６ｂがヘアピン管３の外径を把持する箇所は、第一の把持部６ａがヘアピン管３の外径を把持する箇所よりも管口に近い部分である。拡管ビレット７の先頭部は、第二の把持部６ｂが把持する部分よりも下方まで挿入されているため、拡管ビレット７を更に押し進める際に、第二の把持部６ｂが拡管ビレット７の進行を阻害することはない（ＳＴＥＰ７１）。
【００２８】
次に、図８(ｄ)に示すように、第二の把持部６ｂを開放した後、拡管ビレット７は挿入したままの状態で、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（ＳＴＥＰ８０）。次に、図８(ｅ)に示すように、拡管ビレット７とフレアポンチ８を引抜くことで熱交換器２を製造する（ＳＴＥＰ９０）。
【００２９】
図１０は本発明の実施の形態２における拡管前の均等溝ヘアピン管１００の断面図である。図１１は図１０のＢ部を示す拡大断面図である。均等溝ヘアピン管１００は押出し成形により製造される。このため、図１１に示す拡管前の均等溝ヘアピン管１００における突起部１０１の数、及び突起部１０１の突起高さ１０２の寸法は自在に設定できる。
【００３０】
図１２は本発明の実施の形態２における拡管後の均等溝ヘアピン管１１０の断面図である。図１３は図１２のＣ部を示す拡大断面図である。上述した第一工程及び第二工程により均等溝ヘアピン管１００を拡管すると、拡管後の均等溝ヘアピン管１１０における突起部１１１の溝深さ１１２は、図１３に示すようになる。拡管後の均等溝ヘアピン管１１０における突起部１１１の溝深さ１１２は、拡管前の均等溝ヘアピン管１００における突起部１０１の突起高さ１０２と後述する溝潰れ量により決まる。拡管後の溝深さ１１２は熱交換器２の性能を決定する要因となる。拡管前の均等溝ヘアピン管１００の内径を外径方向へ塑性変形させることで、熱交換器２の性能を満足させる設計値に均等溝ヘアピン管１１０を成形することができる。
【００３１】
図１４は本発明の実施の形態２における拡管前の不均等溝ヘアピン管２００の断面図である。図１５は図１４のＤ部を示す拡大断面図である。図１５に示すように、拡管前の不均等溝ヘアピン管２００における突起部２０１ａ，２０１ｂはそれぞれ突起高さ２０２ａ，２０２ｂが異なっている。
【００３２】
図１６は本発明の実施の形態２における拡管後の不均等溝ヘアピン管２１０の断面図である。図１７は図１６のＥ部を示す拡大断面図である。図１７に示すように、拡管後の不均等溝ヘアピン管２１０における突起部２１１ａ，２１１ｂはそれぞれ溝深さ２１２ａ，２１２ｂの寸法が同一になっている。均等溝ヘアピン管１１０の成形と同様に、拡管前の不均等溝ヘアピン管２００の内径を外径方向へ塑性変形させることで、熱交換器２の性能を満足させる設計値に不均等溝ヘアピン管２１０を成形することができる。
【００３３】
図１８は本発明の実施の形態２における拡管率と溝潰れ量の相関グラフである。図１８において、３００は均等溝ヘアピン管の実測曲線、３１０は不均等溝ヘアピン管の実測曲線、３２０は仕様計算値、斜線部の３３０は仕様範囲を示している。図中の●印は、実測値を示している。
【００３４】
拡管率は（拡管後のヘアピン管外径寸法−拡管前のヘアピン管外径寸法）÷拡管前のヘアピン管外径寸法×１００で計算できる。溝潰れ量は（拡管前の突起高さ−拡管後の溝深さ）÷拡管前の突起高さ×１００で計算できる。仕様計算値３２０は、熱交換器２の性能解析で得られた溝潰れ量の最適値であり、本実施の形態２では５０％が溝潰れ量の最適値である。溝潰れ量が５０±２０％で、且つ拡管率が５．０％〜７．０％の範囲を、熱交換器２の性能の仕様範囲３３０に設定している。
【００３５】
実験により得られた均等溝ヘアピン管の実測曲線３００から、均等溝ヘアピン管は拡管率５．０〜７．０％の範囲で性能仕様を満足することが確認できた。また、不均等溝ヘアピン管の実測曲線３１０から不均等溝ヘアピン管は拡管率５．０〜６．０％の範囲で性能仕様を満足することが確認できた。例えば、拡管前のヘアピン管３の外径をφ７．０ｍｍ、拡管前の突起高さ４００μｍ、拡管後のヘアピン管外径をφ７．４ｍｍ、拡管後の溝深さ２００μｍに設定した場合、拡管率は５．７％で、溝潰れ量は５０％となり、製品仕様を満足する。
【００３６】
なお、本実施の形態２では、必要拡管率を５．０〜７．０％の範囲と仮定したが、熱交換器２の性能スペックは、製品全体の熱設計と関連しているので、これに限定されることはなく、製品毎に異なっていてもよいことは言うまでもない。
【００３７】
また、本実施の形態２における熱交換器２の製造方法を用いてヘアピン管３を加工した場合においても、実施の形態１と同様の、拡管率と拡管ビレット７の挿入力の相関関係がある（図７参照）。本実施の形態２においても、拡管ビレット７の挿入力が７５０Ｎ以下の場合は、ヘアピン管３を座屈させることなく拡管することができた。
【００３８】
本実施の形態２における熱交換器２の製造工程によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、予備拡管部３ｅへ拡管ビレット７を挿入する際にもヘアピン管３の外径を第一の把持部６ａで固定しているため、更にヘアピン管３の曲がりや反りを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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における拡管工程１のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１における曲がり防止マンドレルの断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における拡管率とビレット挿入力の相関グラフである。
【図８】本発明の実施の形態２における熱交換器２の製造方法における第二工程を示すヘアピン管３の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２における熱交換器２の製造方法における第二工程を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２における拡管前の均等溝ヘアピン管１００の断面図である。
【図１１】図１０のＢ部を示す拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における拡管後の均等溝ヘアピン管１１０の断面図である。
【図１３】図１２のＣ部を示す拡大断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における拡管前の不均等溝ヘアピン管２００の断面図である
【図１５】図１４のＤ部を示す拡大断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における拡管後の不均等溝ヘアピン管２１０の断面図である。
【図１７】図１６のＥ部を示す拡大断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態２における拡管率と溝潰れ量の相関グラフである。
【符号の説明】
【００４０】
２  熱交換器
３  ヘアピン管
３ｅ  予備拡管部
６  把持体
６ａ  第一の把持部
６ｂ  第二の把持部
７  拡管ビレット
９  曲がり防止マンドレル
９ａ  管口拡管部
９ｂ  曲がり防止部
１００  拡管前の均等溝ヘアピン管
２００  拡管前の不均等溝ヘアピン管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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