(57)【要約】      （修正有）【課題】拡管時に伝熱管内面の伝熱促進フィンを損傷させたり、伝熱性能を損なうことがなく、安定した状態で拡管できる拡管ビレット、その拡管ビレットを用いた拡管装置、及び熱交換器を得る。【解決手段】内周面に、断面凸状で長手方向に伸びる伝熱促進フィン１１が複数突出された伝熱管１の拡管に用いる拡管ビレット２であって、隣り合う前記伝熱促進フィン１１相互の間の前記伝熱管１内周面に当接して該伝熱管１を拡管し得るように径方向に突出され軸方向中央部に最大外径部を有する複数の凸条部２２と、隣り合う前記凸条部２２相互の間に形成され前記伝熱促進フィン１１を受け入れる凹溝２１とが、外周面の周方向に交互に形成され、かつ、前記凸条部２２の拡管方向先端部に、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように形成された面取り部２３が設けられている。【選択図】図３
2013202615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に、断面凸状で長手方向に伸びる伝熱促進フィンが複数突出された伝熱管の拡管に用いる拡管ビレットであって、隣り合う前記伝熱促進フィン相互の間の前記伝熱管内周面に当接して該伝熱管を拡管し得るように径方向に突出され軸方向中央部に最大外径部を有する複数の凸条部と、隣り合う前記凸条部相互の間に形成され前記伝熱促進フィンを受け入れる凹溝とが、外周面の周方向に交互に形成され、かつ、前記凸条部の拡管方向先端部に、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように形成された面取り部が設けられていることを特徴とする拡管ビレット。
【請求項２】
ビレット本体が軸方向に複数に分割形成されてなることを特徴とする請求項１記載の拡管ビレット。
【請求項３】
前記凸条部の少なくとも軸方向先端部表面に凝着防止被覆が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の拡管ビレット。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３の何れか１項に記載された拡管ビレットと、この拡管ビレットを保持するマンドレルと、前記マンドレルを該マンドレルの軸方向に移動させる駆動機構部を備え、前記拡管ビレットは前記マンドレル及び前記駆動機構部の少なくとも一方に対して回転自在に保持されていることを特徴とする拡管装置。
【請求項５】
前記請求項１から請求項３の何れか１項に記載された拡管ビレットによって拡管され、内周面に、断面凸状で長手方向に伸びる伝熱促進フィンが中心方向に複数突出され、突出端が拡管前の曲面形状に保持されたものである伝熱管と、貫通孔にこの伝熱管が挿通され前記拡管により相互に固着された積層フィンを備えたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器用のフィンに挿通された伝熱管を拡管し相互に固着させる場合などに用いられる拡管ビレット、拡管装置、及び熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の拡管ビレットとして、管（伝熱管）の内径よりも大きな最大外径を有するとともに、外周面にその軸線方向に伸びかつ管のインナーフィンが嵌まる複数の凹溝が円周方向に間隔をおいて形成され、しかも凹溝の幅および深さがインナーフィンの幅および高さよりも大きくなっている拡管部材（拡管ビレット）を使用し、インナーフィンを凹溝に嵌めた状態で拡管部材を管内に通すことにより、拡管部材外周面における隣接する凹溝間の部分で管内面のインナーフィンの存在しない部分を押圧して拡管するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２５３７７５号公報（第２−３頁、図１、２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のような従来の拡管ビレット（拡管部材）においては、拡管された管の外形がいびつになることはない、拡管時にインナーフィンが潰れるのが防止されるという効果が得られるものの、前記特許文献の図２に示されているように、拡管ビレットの挿入方向の先端部は単に外径が小さくなっているに過ぎないため、拡管ビレットが伝熱管に挿入される際にインナーフィンの先端と拡管ビレットの凹溝が接触して、伝熱管のインナーフィンを潰したり、拡管ビレットに連結されたマンドレルを折損してしまう場合があるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、拡管時に伝熱管内面の伝熱促進フィンを損傷させたり、伝熱性能を損なうことがなく、安定した状態で拡管できる拡管ビレット、その拡管ビレットを用いた拡管装置、及び熱交換器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】
この発明に係る拡管ビレットは、内周面に、断面凸状で長手方向に伸びる伝熱促進フィンが複数突出された伝熱管の拡管に用いる拡管ビレットであって、隣り合う前記伝熱促進フィン相互の間の前記伝熱管内周面に当接して該伝熱管を拡管し得るように径方向に突出され軸方向中央部に最大外径部を有する複数の凸条部と、隣り合う前記凸条部相互の間に形成され前記伝熱促進フィンを受け入れる凹溝とが、外周面の周方向に交互に形成され、かつ、前記凸条部の拡管方向先端部に、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように形成された面取り部が設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の拡管ビレットにおいては、凸条部の拡管方向先端部が、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように面取りされていることにより、拡管ビレットを伝熱管に挿入する際に、伝熱管の伝熱促進フィンは凸条部先端の面取り部に当接し、拡管ビレットは周方向に回転されて、凸条部が伝熱促進フィンの間に誘導される。このため、伝熱促進フィンの突出端部が損傷されることはなく、また、拡管ビレットに連結されるマンドレルの折損が防止され円滑に拡管することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による拡管ビレットを伝熱管に挿入する際の外観を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態１による拡管装置の概略構成を示す正面図。
【図３】図１に示された拡管ビレットの要部を説明する図であり、（ａ）は拡大斜視図、（ｂ）は拡管方向先端部の凸条部（１条のみ図示）の面取り部近傍を示す斜視図、（ｃ）は面取り部を概念的に説明する正面図。
【図４】図１に示された拡管ビレットが伝熱管に挿入された状態を示す断面図。
【図５】本発明の実施の形態２による拡管ビレットの先端部近傍を示す要部斜視図。
【図６】本発明の実施の形態３による拡管ビレットを示す斜視図。
【図７】図６に示された拡管ビレットの概略構成を示す断面図。
【図８】本発明の実施の形態４による熱交換器の要部外観を概略的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図。
【図９】図８に示された熱交換器の伝熱管を説明する図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は比較例としての従来の拡管ビレットを用いて拡管された伝熱管の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による拡管ビレットを伝熱管に挿入する際の外観を示す斜視図、図２は本発明の実施の形態１による拡管装置の概略構成を示す正面図、図３は図１に示された拡管ビレットの要部を説明する図であり、（ａ）は拡大斜視図、（ｂ）は拡管方向先端部の凸条部（１条のみ図示）の面取り部近傍を示す斜視図、（ｃ）は面取り部を概念的に説明する正面図である。図１から図４において、拡管対象の伝熱管１は、内周面に、断面凸状で長手方向である軸方向に真っ直ぐに伸びる伝熱促進フィン１１が均等割りした角度で中心方向に複数突出され、隣り合う伝熱促進フィン１１の間は溝状の凹部１２となっている。
【００１０】
拡管ビレット２の外周部には、伝熱促進フィン１１に損傷を与えないように伝熱促進フィン１１に対応する位置に設けられた凹溝２１と、伝熱管１の内径よりも大きい所望の外径を有するように径方向に突出された凸条部２２が周方向に交互に形成されている。凸条部２２の高さは、伝熱管１の伝熱促進フィン１１のフィン高さより大きくなるように設定されている。凸条部２２の幅は、伝熱管１の伝熱促進フィン１１の間隔よりも僅かに狭くなるように設定されている。凸条部２２の伝熱管１に挿入される側の先端は、伝熱管１の伝熱促進フィン１１の内周方向の先端が接触する位置から始まるように窄められている。
【００１１】
なお、凸条部２２の高さは、伝熱管１の伝熱促進フィン１１の内周方向の先端が接触する位置から徐々に高くしても良い。また、拡管ビレット２の軸中心には貫通孔２ａが設けられ、拡管ビレット２はその貫通孔２ａに挿通されたマンドレル３によって保持される。拡管ビレット２は軸方向の中央部に最大外径部を有し、拡管方向（図１の右下方向）の先端部と共に後端部も窄まった形状に作られている。
【００１２】
本発明の拡管ビレット２の典型的な特徴部分の一つは、図３に示すように、凸条部２２の拡管方向先端部が、回転軌跡に対する接線Ａ方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように３角錐状に面取りされた面取り部２３が設けられていることにある。この例では、面取り部２３の拡管方向先端は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、凸条部２２の突端の一方の角部２２ａと、凸条部２２の根元部２２ｂを結ぶ斜めの線Ｂに沿って切除されている。なお、面取り部２３は全ての凸条部２２の拡管方向先端部及び後端部に同様に設けられている。また、面取り部２３を含む面は接線Ａ方向に対して傾斜されていると共に、軸方向にも先端部側に下がるように傾斜されている。
【００１３】
図２に示すように、上記のように構成された拡管ビレット２を用いる拡管装置６は、Ｕ字状に曲げられた複数の伝熱管１と、所定位置に設けられた貫通孔（図示せず）に伝熱管１を挿通させたアルミニウムなどの薄板が所定間隔で積層された積層フィン４からなる完成前の熱交換器５を保持するワーク保持部６１と、先端部に拡管ビレット２を装着した所定数のマンドレル３の上端部を回転自在に保持するプレート６２と、プレート６２を鉛直方向に上下動させる駆動機構部としての油圧シリンダ６３などを備えている。
【００１４】
なお、マンドレル３の油圧シリンダ６３側の上端部には着脱可能なフランジ３１が設けられており、該フランジ３１を外した状態でマンドレル３の上端部をプレート６２に貫通させた後、フランジ３１を取り付ける。これによりマンドレル３とプレート６２は重力方向において連結されているがマンドレル３は拡管ビレット２と共に周方向に自在に回転できるように係止されている。なお、その他の構成は従来技術による拡管装置と同様であるので説明を省略する。
【００１５】
次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。図２の状態で油圧シリンダ６３に油圧を負荷すると、油圧シリンダ６３に連結されたプレート６２に荷重が伝達されマンドレル３と共に拡管ビレット２が下降を開始する。拡管ビレット２の下端部（拡管方向先端部）が伝熱管１の開口端に至ると、凸条部２２の拡管方向先端部が、回転軌跡に対する接線Ａ方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように斜めに面取りされていることにより、伝熱管１の伝熱促進フィン１１に凸条部２２の先端の面取り部２３が伝熱促進フィン１１と接触すると、拡管ビレット２の下降により生じる力は、接触面内で下降方向と反対方向の反力以外に、周方向の分力を生じる。
【００１６】
拡管ビレット２の下降が進行すると拡管ビレット２はマンドレル３と共に周方向に回転し、ついには図４に示すように、マンドレル３の凸条部２２が伝熱促進フィン１１の間に嵌合した状態で伝熱管１内に進入する。さらにマンドレル３を下降させることにより拡管ビレット２が伝熱管１を拡管させつつ通過し、外径を広げることで積層フィン４の貫通孔（図示省略）に伝熱管１の外面を固着せしめた熱交換器５が形成される。
【００１７】
上記のように構成された実施の形態１の拡管ビレット２は、伝熱管１の伝熱促進フィン１１の根元側の内周のみを径方向に押しつつ周方向に広げるので伝熱促進フィン１１を潰すことなく伝熱管１の外径を拡径し、積層フィン４に設けた貫通孔と固着させることができる。このため、得られる熱交換器の伝熱性能低下を防止できる。さらに、凸条部２２の拡管方向先端部は、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように面取りされていることにより、凸条部２２の先端の面取り部２３に伝熱管１の伝熱促進フィン１１が接触すると、拡管ビレット２は周方向に回転し、ついには図４の断面図に示すように、凸条部２２は伝熱促進フィン１１の間に誘導され嵌合するので、伝熱促進フィン１１や凸条部２２の損傷や拡管ビレット２に連結されるマンドレル３の折損を防止できる利点がある。
【００１８】
また、実施の形態１の拡管装置は、凸条部２２の拡管方向先端部が、回転軌跡に対する接線方向に対して傾斜した面によって先端部側ほど切除部分が大きくなるように面取りされている拡管ビレット２を用いると共に、該特有の拡管ビレット２をプレート６２に対して回転可能に支持させて用いるようにしたことにより、伝熱管１の伝熱促進フィン１１を損傷させたり、マンドレルの折損を防止し円滑に生産でき、歩留まりも向上できるといった従来にない顕著な効果を得ることができる。
また、実施の形態１の拡管ビレット２または拡管装置によって製造された熱交換器は、伝熱管１内部の伝熱促進フィン１１が損傷を受けていないものであるため、熱交換性能が優れるという効果が得られる。
【００１９】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２による拡管ビレットの先端部近傍を示す要部斜視図である。図において、凸条部２２の少なくとも先端部の各表面、即ち凸条部２２の両側面、上面、先端面、及び面取り部２３の表面にはハッチング部で示す凝着防止被覆２４が設けられている。なお、凝着防止被覆２４は、この例ではダイヤモンドライクカーボンなどの硬質膜を化学蒸着などの方法で被着している。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２０】
上記のように構成された実施の形態２によれば、凸条部２２の先端の耐摩耗性や潤滑性、化学的安定性さらには表面平滑性が向上できる利点があり、凸条部２２の先端が伝熱管１の伝熱促進フィン１１の根元を通過する際に伝熱管１の母材が凸条部２２に凝着するのを抑制できる。このため、拡管時の軸方向の抵抗を低減出来るので、拡管装置の損傷を防止できる利点がある。
【００２１】
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３による拡管ビレットを示す斜視図、図７は図６に示された拡管ビレットの概略構成を示す断面図である。図において、拡管ビレット２は図６に示すように軸方向の中央部付近における軸方向に直交する面で少なくとも２つに分割され、マンドレル３に対してそれぞれ円周方向に自在に回転可能に支持されている。この例では、拡管ビレット２は第１ビレット２Ａと第２ビレット２Ｂの２つで構成され、双方の軸心に同軸に貫通されたマンドレル３で連結され、第１ビレット２Ａと第２ビレット２Ｂの周方向に回転させる外力が負荷された際には互いに独立して回転できるように支承されている。第１ビレット２Ａと第２ビレット２Ｂの最外周の直径は同一の大きさとしている。
【００２２】
拡管時、先端方向となる第１ビレット２Ａの凸条部２２Ａの先端部には実施の形態１と同様の面取り部２３（図示省略）が設けられるが、第２ビレット２Ｂの凸条部２２Ｂについて同様の面取り部を設けても良い。また、図７の断面図に示すように、マンドレル３の先端には第１ビレット２Ａの軸穴に挿通されたねじ３２を螺着するためのねじ穴３ａが設けられている。第１ビレット２Ａと第２ビレット２Ｂは、ねじ３２によって軸方向に脱落しないように保持され、第１ビレット２Ａと第２ビレット２Ｂの間には僅かな空隙Ｇが形成されるようにねじ穴３ａの長さが設定されている。
【００２３】
上記のように構成された実施の形態３によれば、伝熱管１が捩れている場合や、蛇行している場合においても、第１ビレット２Ａの凸条部２２Ａと、第２ビレット２Ｂの凸条部２２Ｂは独立しているため、拡管が進行しても、伝熱管１の伝熱促進フィン１１の根元に拘束され難く、円滑に通過できる。また、このように、拡管時の軸方向の抵抗が増加するのを低減出来るので、拡管装置の損傷を防止できる利点がある。
【００２４】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４による熱交換器の要部外観を概略的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。図９は図８に示された熱交換器の伝熱管を説明する図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は比較例としての従来の拡管ビレットを用いて拡管された伝熱管の部分断面図である。図において、熱交換器５０は、実施の形態１に示す本発明による拡管ビレット２を用いて、図２に示す拡管装置によって伝熱管１を通過させ、外径を広げることで空気側の積層フィン４の貫通孔（図示省略）に伝熱管１の外面を固着せしめて形成されている。拡管後の伝熱管１の伝熱促進フィン１１は、図９（ａ）に示すように円弧状に丸みを帯びた先端部形状を含めて全体的に拡管前の形状を保っている。
【００２５】
これに対して、外表面が球状の拡管ビレット等で拡管した場合は、図９（ｂ）の比較例に示すように伝熱促進フィン１１の先端部近傍が潰されて高さが低くなる。さらに先端の形状についても曲面から台形断面へ変形してしまう。伝熱促進フィンを有する伝熱管の断面形状を有する熱交換器においては、気液二相の混合流からなる冷媒が伝熱管の内部を通流する際、液相が慣性力や重力の影響で伝熱促進フィンの根元付近を流れ、その上部あるいは伝熱管の中心付近を気相が流れるが、本発明の拡管ビレット２で拡管された伝熱管１は伝熱促進フィン１１が潰されたりすることがないため、伝熱促進フィン１１の先端が気相中に突出されるので、伝熱管１の外部の積層フィン４との熱の経路が液相を介した場合より短くなり、熱交換効率が向上する。
【００２６】
上記のように実施の形態４の熱交換器においては、実施の形態１に示す拡管ビレット２を用いて拡管されたものであることにより、拡管時に伝熱管１の内部の伝熱促進フィン１１の形状が維持されたものであり、熱交換効率に優れているという効果が得られる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  伝熱管、  １１  伝熱促進フィン、  １２  凹部、  ２  拡管ビレット、  ２ａ  貫通孔、  ２Ａ  第１ビレット、  ２Ｂ  第２ビレット、  ２１  凹溝、  ２２、２２Ａ、２２Ｂ  凸条部、  ２２ａ  角部、  ２２ｂ  根元部、  ２３  面取り部、  ２４  凝着防止被覆、  ３  マンドレル、  ３ａ  ねじ穴、  ３１  フランジ、  ３２  ねじ、  ４  積層フィン、  ５、５０  熱交換器、  ６  拡管装置、  ６１  ワーク保持部、  ６２  プレート、  ６３  油圧シリンダ、  Ａ  接線、  Ｇ  空隙。
【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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