(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本の管が多孔板間を幾度も折り返して組み立てられた密集管群構造体を有する熱交換器において、前記管は一端のみをＵ字形に折り返してなる複数のＪ字管を前記多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けしてなり、全ての管においてＪ字管を挿入・仮付けした状態でその溶接継ぎ手部を自動溶接してなると共に、前記Ｊ字管は多孔板の正面視で千鳥配列されると共に、隣り合うＪ字管同志ではその折り返し部が逆向きになるよう配列されて隣接したいずれの管表面からも一定の間隔を確保した溶接継ぎ手部を自動溶接してなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
直管の一端を曲げてＪ字管を形成する工程と、形成されたＪ字管を順次多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けする工程と、全てのＪ字管を挿入・仮付けした後各々の溶接継ぎ手部を順次自動溶接する工程と、溶接後の溶接継ぎ手部を順次検査する工程と、を有すると共に、前記Ｊ字管を順次多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けする工程において、Ｊ字管は多孔板の正面視で千鳥配列されると共に、隣り合うＪ字管同志ではその折り返し部を逆向きにして互いの溶接継ぎ手部の位置が隣接したいずれの管表面からも一定の間隔を確保し得るように配列されることを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記直管の一端を曲げてＪ字管を形成する工程の前に、前記直管にフィンを溶接する工程を有することを特徴とする請求項２記載の熱交換器の製造方法。
【請求項４】
多数本の管が多孔板を幾度も折り返して組み立てられた密集管群の全姿勢溶接が可能な溶接装置であって、密集管群に対し進退可能な支持部材に反転駆動モータにより管廻りに反転可能に溶接ヘッドを支持させると共に、該溶接ヘッドは回転駆動モータにより回転される駆動歯車と、該駆動歯車に噛合する小歯車を一端に固設して管の長手方向に平行である前記支持部材の進退方向に延出された複数本の駆動軸と、該駆動軸の他端寄りの２箇所に固設した小歯車にそれぞれ噛合する前後一対の馬蹄形回転板を有する馬蹄形回転かごと、該馬蹄形回転かごに支持されたレーザ照射器と、を有することを特徴とする溶接装置。
【請求項５】
前記溶接ヘッドは、前記レーザ照射器に代えてＴＩＧ溶接，ＭＩＧ溶接，ＭＡＧ溶接等の溶接トーチを有することを特徴とする請求項４記載の溶接装置。
【請求項６】
前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチを管の長手方向に移動位置決めする手段を備えることを特徴とする請求項４又は５記載の溶接装置。
【請求項７】
前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチを管の径方向に移動位置決めする手段を備えることを特徴とする請求項４，５又は６記載の溶接装置。
【請求項８】
前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチの溶接部に対する高さを検出する手段を備えることを特徴とする請求項４，５，６又は７記載の溶接装置。
【請求項９】
前記馬蹄形回転かごは、溶接部を撮すカメラを備えることを特徴とする請求項４，５，６，７又は８記載の溶接装置。
【請求項１０】
前記馬蹄形回転かごは、溶接時に溶接部をオーバラップして回転されることを特徴とする請求項４，５，６，７，８又は９記載の溶接装置。
【請求項１１】
前記溶接ヘッドは、先端部に管をクランプ−アンクランプするクランプ機構を備えることを特徴とする請求項４，５，６，７，８，９又は１０記載の溶接装置。
【請求項１２】
前記支持部材は、台車上に昇降可能で且つ密集管群に対し進退可能に支持されることを特徴とする請求項４，５，６，７，８，９，１０又は１１記載の溶接装置。
【請求項１３】
多数本の管が多孔板を幾度も折り返して組み立てられた密集管の全周検査が可能な検査装置であって、密集管群に対し進退可能な支持部材に反転駆動モータにより管廻りに反転可能に検査ヘッドを支持させると共に、該検査ヘッドは回転駆動モータにより回転される駆動歯車と、該駆動歯車に噛合する小歯車を一端に固設して前記支持部材の進退方向に延出された複数本の駆動軸と、該駆動軸の他端寄りの２箇所に固設した小歯車にそれぞれ噛合する前後一対の馬蹄形回転板を有する馬蹄形回転かごと、該馬蹄形回転かごに支持された探触子と、を有することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密集管群構造体を有する熱交換器及びその製造方法並びに熱交換器の製造時に使用する溶接装置及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
発電用ボイラー等の一般的な熱交換器の一部である、密集管群構造体を図１６に示す。本構造体は、燃焼ガスや排気ガス等高温ガスの通過経路内に設置して稼働させるものである。
【０００３】
図において、１は底板、２ａ，２ｂは底板１上に立設された一対の多孔板であり、３は熱交換をする複数の直管で、一対の多孔板２ａ，２ｂによって相互に一定の間隔を保った状態で支持されている。尚、直管３は図では単純な管で示されているが、熱交換の効率を上げるために管表面に板状のフィンや針状のフィンを断続的あるいはスパイラル状に植え付けたものや管内面に螺旋状の溝を付けたもの等もある。４は直管３同士を連結する複数のＵ字管、５ａ，５ｂは入口及び出口ヘッダーである。
【０００４】
従って、入口ヘッダー５ａから供給される液体又はガス体は、直管３及びＵ字管４を次から次へと通過するうちに、直管３の外側を流れる高温ガス体との間で熱交換を行い、最終的には出口ヘッダー５ｂに集められる。
【０００５】
このような熱交換器（密集管群構造体）は、コンパクト化と同時に熱交換効率の向上が求められるために、直管３は、可及的に密集した配列が望まれている。このため、直管３とＵ字管４とを溶接する箇所の周辺にはスペースがなく、溶接や検査の作業が非常に困難となる。
【０００６】
従来の熱交換器製造方法を図１７に示す。
図において、６は手溶接用トーチ、７は超音波探傷用探触子である。製造にあたっては、先ず多孔板２ｂに全ての直管３を挿入しておき、端部から順に作業スペースを確保しながら、Ｕ字管４の仮付け（ＴＩＧ溶接等）、手溶接用トーチ６による本溶接（ＴＩＧ溶接等）、超音波探傷用探触子７による非破壊検査を繰り返す工法が採られていた。
【０００７】
ところが、従来の熱交換器製造方法では、前述の作業スペースの確保という観点から、１個のＵ字管４を取り付ける毎に前述の３種類の作業を行わなければならず、作業毎に、オペレータはもちろん、機器、工具を入れ替える必要があり、検査のように良否判定までに時間のかかる作業も含め、完全に終了するまで次のＵ字管４取付作業に取りかかることができないため、非常に能率が悪く、ひいてはコストアップの大きな要因になっていた。
【０００８】
また、熱交換用直管３の一端のみをＵ字形に曲げた、いわゆるＪ字管を次々に連結して行く工法も採られることがあり、この場合は、溶接継手数が半減するために工作上有利と考えられがちであるが、Ｕ字管４よりも寸法の大きいＪ字管を多孔板に挿入、仮付け、溶接、検査の作業を繰り返す必要があり、ハンドリングが大変で必ずしも能率改善には繋がらないと共に、Ｊ字管用のストックヤードが別に必要になるなどの不具合があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、能率改善によりコストダウンと品質向上が図れると共に工場の省スペース化が図れる熱交換器及びその製造方法並びに溶接装置及び検査装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る熱交換器は、多数本の管が多孔板間を幾度も折り返して組み立てられた密集管群構造体を有する熱交換器において、前記管は一端のみをＵ字形に折り返してなる複数のＪ字管を前記多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けしてなり、全ての管においてＪ字管を挿入・仮付けした状態でその溶接継ぎ手部を自動溶接してなると共に、前記Ｊ字管は多孔板の正面視で千鳥配列されると共に、隣り合うＪ字管同志ではその折り返し部が逆向きになるよう配列されて隣接したいずれの管表面からも一定の間隔を確保した溶接継ぎ手部を自動溶接してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る熱交換器の製造方法は、直管の一端を曲げてＪ字管を形成する工程と、形成されたＪ字管を順次多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けする工程と、全てのＪ字管を挿入・仮付けした後各々の溶接継ぎ手部を順次自動溶接する工程と、溶接後の溶接継ぎ手部を順次検査する工程と、を有すると共に、前記Ｊ字管を順次多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けする工程において、Ｊ字管は多孔板の正面視で千鳥配列されると共に、隣り合うＪ字管同志ではその折り返し部を逆向きにして互いの溶接継ぎ手部の位置が隣接したいずれの管表面からも一定の間隔を確保し得るように配列されることを特徴とする。
また、前記直管の一端を曲げてＪ字管を形成する工程の前に、前記直管にフィンを溶接する工程を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る溶接装置は、多数本の管が多孔板を幾度も折り返して組み立てられた密集管群の全姿勢溶接が可能な溶接装置であって、密集管群に対し進退可能な支持部材に反転駆動モータにより管廻りに反転可能に溶接ヘッドを支持させると共に、該溶接ヘッドは回転駆動モータにより回転される駆動歯車と、該駆動歯車に噛合する小歯車を一端に固設して管の長手方向に平行である前記支持部材の進退方向に延出された複数本の駆動軸と、該駆動軸の他端寄りの２箇所に固設した小歯車にそれぞれ噛合する前後一対の馬蹄形回転板を有する馬蹄形回転かごと、該馬蹄形回転かごに支持されたレーザ照射器と、を有することを特徴とする。
また、前記溶接ヘッドは、前記レーザ照射器に代えてＴＩＧ溶接，ＭＩＧ溶接，ＭＡＧ溶接等の溶接トーチを有することを特徴とする。
また、前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチを管の長手方向に移動位置決めする手段を備えることを特徴とする。
また、前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチを管の径方向に移動位置決めする手段を備えることを特徴とする。
また、前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチの溶接部に対する高さを検出する手段を備えることを特徴とする。
また、前記馬蹄形回転かごは、溶接部を撮すカメラを備えることを特徴とする。
また、前記馬蹄形回転かごは、溶接時に溶接部をオーバラップして回転されることを特徴とする。
また、前記溶接ヘッドは、先端部に管をクランプ−アンクランプするクランプ機構を備えることを特徴とする。
また、前記支持部材は、台車上に昇降可能で且つ密集管群に対し進退可能に支持されることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る検査装置は、多数本の管が多孔板を幾度も折り返して組み立てられた密集管の全周検査が可能な検査装置であって、密集管群に対し進退可能な支持部材に反転駆動モータにより管廻りに反転可能に検査ヘッドを支持させると共に、該検査ヘッドは回転駆動モータにより回転される駆動歯車と、該駆動歯車に噛合する小歯車を一端に固設して前記支持部材の進退方向に延出された複数本の駆動軸と、該駆動軸の他端寄りの２箇所に固設した小歯車にそれぞれ噛合する前後一対の馬蹄形回転板を有する馬蹄形回転かごと、該馬蹄形回転かごに支持された探触子と、を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る熱交換器及びその製造方法並びに溶接装置及び検査装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
［実施例］
［構成］
図１は、本発明の一実施例を示す熱交換器の製造ラインである。
先ず、搬送ローラ１０で次々に搬送されて来る直管３はマニピュレータ１１により左右一対のベンダー１２ａ，１２ｂに振り分けられ、ここで直管３の一端のみをＵ字形に曲げて形成された、いわゆるＪ字管１３は同じくマニピュレータ１１により左右一対の挿入・仮付装置（ロボット）１４ａ，１４ｂに交互に受け渡される。
【００１６】
次に、前記挿入・仮付装置１４ａ，１４ｂは、Ｊ字管１３の挿入・仮付ステージに交互に移動され、ここでＪ字管１３は底板１上に立設さた左右一対の多孔板２ａ，２ｂに左右両側から交互に挿入・仮付け（抵抗溶接）されて、所謂多数本のチューブが多孔板間を幾度も折り返して形成された密集管群構造体が組み立てられる。
【００１７】
最後に、前記密集管群構造体は溶接・検査ステージに移動され、ここで左右一対の溶接装置１５ａ，１５ｂにより前記Ｊ字管１３一端の折り返し部が本溶接（ＹＡＧレーザ溶接）されると共に、左右一対の検査装置１６ａ，１６ｂにより前記溶接部の非破壊検査（超音波検査）が、前記本溶接と並行して行われる。
【００１８】
前記密集管群構造体の組立法を図２乃至図５で説明する。
図２は密集管群構造体の斜視図である。図において、１は底板、２ａ，２ｂは左右一対の多孔板で、１３が図１６で示した直管３の一端のみをＵ字形に曲げて形成された、いわゆるＪ字管である。１７はＪ字管１３が挿入される多数の孔で、これらの孔１７にＪ字管１３が千鳥配列で挿入されている。即ち、図中前後方向に数えて偶数列（Ａ位置）のＪ字管１３が奇数列（Ｂ位置）のＪ字管１３より１／２管ピッチ下げて配置されるのである。
【００１９】
図３は図２に示した密集管群構造体のＡ位置での断面図、図４は同じくＢ位置での断面図で、それぞれＪ字管１３の向きと挿入方法を説明している。即ち、偶数列のＪ字管１３は、下から順にＪ字管１３の折り返し部を下向きにして左右両側から交互に挿入されるのである（図３参照）。尚、この際一番下のＪ字管１３は直管３を介して図示しない入口ヘッダー５ａに接続される。一方、奇数列のＪ字管１３は、上から順にＪ字管１３の折り返し部を上向きにして左右両側から交互に挿入されるのである（図４参照）。尚、この際一番上のＪ字管１３は直管３を介して図示しない出口ヘッダー５ｂに接続される。
【００２０】
図５は図２の左右一対の多孔板２ａ，２ｂを正面から見た図である。図中の溶接継ぎ手の存在を示す矢印１８のように、図３及び図４の挿入方法により、奇数列のＪ字管１３では溶接継ぎ手の位置が上になり、逆に偶数列のＪ字管１３では溶接継ぎ手の位置が下になっている。尚、図中２０は密集管群に挿入された後述する馬蹄型回転機構を持つ溶接ヘッドで、２１は同じく馬蹄型回転機構を持つ検査ヘッドである。
【００２１】
次に、溶接装置１５ａ，１５ｂ及び検査装置１６ａ，１６ｂを図６乃至図１５で説明する。
図６は溶接・検査ステージの全体斜視図で、図２乃至図５で説明した組み立ての終わった熱交換機（密集管群構造体）を挟んで左右一対の溶接装置１５ａ，１５ｂが配置された例を示している。
【００２２】
図中２２ａ，２２ｂは工場床面に敷設された一対の軌道、２３は軌道２２ａ，２２ｂ上を移動可能な台車、２４は台車２３上に固定されたポール、２５はポール２４に沿って昇降自在な昇降架台で、図示しないが内蔵されている駆動モータとピニオン、ラックあるいはボールネジ等の手段で昇降と任意位置での停止が可能になっている。
【００２３】
２６は昇降架台２５に左右方向へ進退可能に取り付けられた支持部材としてのアームで、図示しないが内蔵されている駆動モータとピニオン、ラックあるいはボールネジ等の手段で前進後退動作と任意位置での停止が可能になっている。２７はアーム２６上に前向きに固設された反転駆動モータで、アーム２６の先端に回動自在に連結された、溶接ヘッド２０の一部であるモータボックス２８を介して溶接ヘッド２０全体を反転駆動するようになっている。
【００２４】
２９は台車２３上に設置されたＹＡＧレーザ発振器で、３０はＹＡＧレーザ発振器２９からのレーザを後述するレーザ照射器に導く光ファイバーである。
以上の構成は、左右一対の溶接装置１５ａ，１５ｂにおいて全く同一に施される。
【００２５】
図７は溶接ヘッド２０の斜視図である。図において、１３は図３における偶数列のＪ字管で、１３ａはその溶接継ぎ手部である。３１はモータボックス２８に固定された歯車で、該歯車３１には、アーム２６上の反転駆動モータ２７の出力軸に固設された駆動歯車３２が噛合している。
【００２６】
３３はモータボックス２８内に固定された取付板、３４は取付板３３に前向きに固設された回転駆動モータ、３５は回転駆動モータ３４の出力軸に固設された回転駆動歯車である。
【００２７】
３６はモータボックス２８から一体的に延出された支持バー、３７は支持バー３６にフォーク状の根元部において固設された中間軸受盤、３８は支持バー３６の先端に同じくフォーク状の根元部において固設された端部軸受盤で、前記中間軸受盤３７と端部軸受盤３８とは前後方向に形状を一致させている。
【００２８】
３９ａ〜３９ｄはモータボックス２８と中間軸受盤３７と端部軸受盤３８とに図示しない軸受を介して回動自在に横架された４本の駆動軸で、前記回転駆動歯車３５の外周に沿い所定間隔離して配される。各駆動軸３９ａ〜３９ｄの軸上には３ヵ所に亙って小歯車４０ａ〜４０ｃが固設される。後部の小歯車４０ａは前記回転駆動歯車３５と噛合している。
【００２９】
４１は中間軸受盤３７の前方に隣接して設けられた後部馬蹄形回転板で、４２は端部軸受盤３８の後方に隣接して設けられた前部馬蹄形回転板であり、これらは４本の連結棒４３ａ〜４３ｄにより前後方向に形状を一致させて連結されている。
【００３０】
そして、後部馬蹄形回転板４１の外周に刻設された歯部と前記中間部の小歯車４０ｂが噛合し、また前部馬蹄形回転板４２の外周に刻設された歯部と前記前部の小歯車４０ｃが噛合している。従って、前記後部馬蹄形回転板４１と前部馬蹄形回転板４２と４本の連結棒４３ａ〜４３ｄとが一体となって、一個の馬蹄形回転かご４４が形成される。尚、この際、後部馬蹄形回転板４１を中間軸受盤３７に対し、また前部馬蹄形回転板４２を端部軸受盤３８に対し摺動板等により回動自在に支持させても良い。
【００３１】
４５は馬蹄形回転かご４４内に収容されたレーザ照射器で、３０は後部馬蹄形回転板４１を貫通して前述したＹＡＧレーザ発振器２９に接続される光ファイバーである。
【００３２】
図８は溶接ヘッド２０を先端側から見た斜視図である。図７と同一部材には同一符号を付して説明は省略する。
【００３３】
図９は図８において溶接時に馬蹄形回転かご４４が回転している様子を示す溶接ヘッド２０の斜視図である。図８と同一部材には同一符号を付して説明は省略する。
【００３４】
図１０は図４における奇数列のＪ字管１３を溶接する場合を示した溶接ヘッド２０の斜視図である。溶接ヘッド２０及び馬蹄形回転かご４４が図７の状態から反転している。図７と同一部材には同一符号を付して説明は省略する。
【００３５】
図１１は馬蹄形回転かご４４の側面図、図１２は同じく馬蹄形回転かご４４の平面図、図１３は図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
図に示すように、後部馬蹄形回転板４１にはモータ５０が前向きに固設され、このモータ５０の出力軸に同軸的に連結したスクリュウ５１の先端が前部馬蹄形回転板４２に軸受５２を介して回動自在に支持されている。
【００３６】
前記スクリュウ５１には、同スクリュウ５１に螺合する雌ねじ孔５３を有する長筒５４が嵌合される。該長筒５４の両端部にはアーム５５ａ，５５ｂが固設され、これらのアーム５５ａ，５５ｂの先端部にレーザ照射器４５が支持される。従って、前記モータ５０，スクリュウ５１，長筒５４等でレーザ照射器４５をＪ字管１３の長手方向に移動位置決めする手段を構成する。
【００３７】
前記レーザ照射器４５は、その下面部にノズルプレート５６が付設されると共に、内部には図示しないレンズやミラー等が収容され、ＹＡＧレーザ発振器２９からファイバー３０で導かれたレーザをレンズで集光した後ミラーで反射させてノズルプレート５６よりＪ字管１３の溶接継ぎ手部１３ａに照射するようになっている。
【００３８】
また、前記レーザ照射器４５の側面部にはＣＣＤカメラ５７が横向きに取り付けられてミラー５８を介して前記溶接継ぎ手部１３ａの位置や溶接状況等をモニタリングし得るようになっている。更に、レーザ照射器４５の下面部には、図示しないハイトセンサ（渦電流センサ等）が設けられて溶接継ぎ手部１３ａとレーザ照射器４５の距離を制御し得るようになっている。
【００３９】
一方、連結棒４３ｂにはブラケット５９を介してモータ６０が回動自在に図中では上向きに支持され、該モータ６０の出力軸に同軸的に連結したスクリュウ６１が、ＣＣＤカメラ５７から延出した軸６２と該軸６２と同軸的にレーザ照射器４５の側部からブラケット６３を介して延出した軸６４との間に回動自在でかつ軸方向に相対移動可能に架設された連結部材６５の雌ねじ孔６５ａに螺合している。従って、前記モータ６０，スクリュウ６１，連結部材６５等でレーザ照射器４５をＪ字管１３の径方向に移動位置決めする手段を構成する。
【００４０】
従って、モータ５０の回転により、レーザ照射器４５はスクリュウ５１上を前後動し、前記溶接継ぎ手部１３ａとの位置合わせが行われると共に、モータ６０の回転により、レーザ照射器４５はスクリュウ５１を支点として旋回し、溶接継ぎ手部１３ａとの距離が微調整されることになる。尚、この距離の微調整時にレーザ照射器４５は僅かに前後動することにもなるが、これは特に問題はない。
【００４１】
図１４はクランプ機構の説明図である。図示のように、溶接ヘッド２０の先端にはＪ字管１３のクランプ−アンクランプが可能なやっとこ状のクランプ機構６６が設けられる。このクランプ機構６６は、先端にテーパ状部６７ａを備えた開閉ロッド６７の前後動により、端部軸受盤３８に交差して枢支された一対のクランプ片６８ａ，６８ｂが開閉してＪ字管１３をクランプ−アンクランプするものである。
【００４２】
図１５は検査ヘッド２１の斜視図である。図において、７０は図８における馬蹄形回転かご４４に、レーザ照射器４５に代えて支持された超音波探触子で、７１はこの超音波探触子７０と図示しない超音波探傷器本体とを結ぶ信号線である。その他の構成は、図８と同様なので図８と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００４３】
［作用・効果］
ここでは、溶接・検査ステージにおける溶接装置１５ａ，１５ｂの作動とこれと並行して行われる検査装置１６ａ，１６ｂの作動を説明する。
【００４４】
先ず、溶接ヘッド２０と検査ヘッド２１は、それぞれアーム２６を介して台車２３の移動と昇降架台２５の昇降により、例えば図２における偶数列のＪ字管１３群の内の対象とする一つのＪ字管１３に対向・位置合わせされる（図６参照）。
【００４５】
そして、溶接ヘッド２０は、図７に示すように、その端部であるモータボックス２８及び歯車３１を介してアーム２６の先端に回動自在に支持されているので、反転駆動モータ２７を作動させると、駆動歯車３２が回転し、溶接ヘッド２０全体を反転させることができる。
【００４６】
馬蹄形回転かご４４は、中間軸受盤３７と端部軸受盤３８との間で４本の連結棒４３ａ〜４３ｄ（あるいはベアリング等）により回動自在に支持されており、それぞれの開口部幅を適正に選ぶことにより、円滑な回転が可能である。
【００４７】
また、馬蹄形回転かご４４の後部馬蹄形回転板４１と前部馬蹄形回転板４２は、それぞれ小歯車４０ｂと４０ｃと噛合しており、回転駆動モータ３４の駆動力は回転駆動歯車３５及び小歯車４０ａを介して伝達される。
【００４８】
この場合、後部馬蹄形回転板４１と前部馬蹄形回転板４２は円周上の一部が欠けているにもかかわらず、開口部位置と小歯車４０ｂ、４０ｃとの位置関係を選ぶことにより、少なくとも３個以上の歯車が常時噛み合っている状態を実現でき、馬蹄形回転かご４４を円滑に回転させることができる。
【００４９】
従って、反転駆動モータ２７を作動させて、溶接ヘッド２０全体を回転させ、中間軸受盤３７及び端部軸受盤３８の開口部を上方向に向け、さらに馬蹄形回転かご４４の開口部も上方向に向けた状態でアーム２６を前後移動させれば、溶接ヘッド２０はＪ字管１３の折り返し部をかわして、セッティングあるいは退避することができる。
【００５０】
次に、溶接ヘッド２０をセッティングした状態で、馬蹄形回転かご４４に取り付けられているレーザ照射器４５から溶接継ぎ手部１３ａに向けてレーザを照射すると同時に馬蹄形回転かご４４を回転させれば溶接継ぎ手部１３ａの全姿勢溶接が可能となる。
【００５１】
この際、馬蹄形回転かご４４は、所定の基準位置（例えばファィバー３０が全く捩じれていない位置）から所定の角度（例えば２５０°）までマイナス回転した位置から回転し始めて所定の角度（例えば２５０°）までプラス回転されると、オーバラップして溶接されることにより溶接スタート部とクレータの不具合が解消されると共に、ファィバー３０の捩じれが半減されてケーブル保護が図れる。
【００５２】
また、この際、溶接ヘッド２０の先端に設けたクランプ機構６６がＪ字管１３をクランプしているので、溶接時の溶接ヘッド２０先端の振れ止めが図れる（図１４参照）。
【００５３】
また、前記セッティングの際、レーザ照射器４５は、モータ５０の回転により溶接継ぎ手部１３ａとの前後方向の位置合わせが行われると共に、モータ６０の回転により、溶接継ぎ手部１３ａとの焦点距離が微調整されることは前述したとおりである（図１１〜図１３参照）。
【００５４】
また、図２における奇数列のＪ字管１３を溶接するには、溶接ヘッド２０が退避した状態で、反転駆動モータ２７により溶接ヘッド２０を反転させ、中間軸受盤３７及び端部軸受盤３８の開口部を下方向に向け、さらに馬蹄形回転かご４４の開口部も下方向に向けた状態でアーム２６を前進させれば、溶接ヘッド２０はＪ字管１３の折り返し部をかわしてセッティングすることができ、図１０に示すように、Ｊ字管１３の折り返し部が上向きになった溶接継ぎ手部１３ａの溶接が可能となる。
【００５５】
一方、検査ヘッド２１は、図１５に示すように、馬蹄形回転かご４４が対象とするＪ字管１３の周囲を回転し、それにつれて超音波探触子７０がＪ字管１３表面を摺動することにより、超音波検査が行われる。即ち、信号線７１で欠陥に関する情報が、図示しない超音波探傷器本体に伝達され、溶接継ぎ手部１３ａの健全性が検査されるのである。
【００５６】
また、本実施例では、図１で説明したように、ベンダー１２ａ，１２ｂで直管３の一端のみをＵ字形に曲げて形成された、いわゆるＪ字管１３はマニピュレータ１１により挿入・仮付装置（ロボット）１４ａ，１４ｂに順次受け渡され、次いで挿入・仮付ステージに移動されて多孔板２ａ，２ｂに順次挿入・仮付けされるので、Ｊ字管１３等のストックヤードが不要となり、工場の省スペースが図れる。
【００５７】
また、図２乃至図５で説明したように、Ｊ字管１３が挿入される孔１７が千鳥配列になるよう形成されて、図２中前後方向に数えて偶数列の孔１７に挿入されるＪ字管１３は、下から順にＪ字管１３の折り返し部を下向きにして左右交互に挿入される一方、奇数列の孔１７に挿入されるＪ字管１３は、上から順にＪ字管１３の折り返し部を上向きにして左右交互に挿入されるので、奇数列のＪ字管１３では溶接継ぎ手部１３ａの位置が上になり、逆に偶数列のＪ字管１３では溶接継ぎ手部１３ｂの位置が下になる。これにより、溶接継ぎ手部１３ａは、いずれも三方向にスペースが確保され、溶接ヘッド２０あるいは検査ヘッド２１を容易にセッティングすることができる。
【００５８】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、▲１▼馬蹄形回転かご４４にレーザ照射器４５に代えてＭＡＧ溶接やＴＩＧ溶接の溶接トーチを支持させる、▲２▼ＹＡＧレーザ溶接に代えて他のレーザ溶接を採用する、▲３▼溶接・検査ステージに複数の溶接ヘッド２０を設けて一台のＹＡＧレーザ発振器２９からレーザが切り換えて導びかれるように構成する、等各種変更が可能であることはいうまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、多数本の管が多孔板間を幾度も折り返して組み立てられた密集管群構造体を有する熱交換器において、前記管は一端のみをＵ字形に曲げてなる複数のＪ字管を前記多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けしてなり、全ての管においてＪ字管を挿入・仮付けした状態でその溶接継ぎ手部を自動溶接してなることを特徴とするので、溶接箇所の半減により組立工数が低減されると共に、Ｊ字管等のストックヤードが不要となって工場の省スペース化が図れる。また、チューブ間隔を縮小して熱交換器のコンパクト化が図れる。
【００６０】
また、前記Ｊ字管は多孔板の正面視で千鳥配列されると共に、隣り合うＪ字管同志ではその折り返し部が逆向きになるよう配列されて隣接したいずれの管表面からも一定の間隔を確保した溶接継ぎ手部を自動溶接してなることを特徴とするので、溶接継ぎ手部周辺の作業スペースが確保でき、溶接ヘッドあるいは検査ヘッドを容易にセッティングすることができる。
【００６１】
また、直管の一端を曲げてＪ字管を形成する工程と、形成されたＪ字管を順次多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けする工程と、全てのＪ字管を挿入・仮付けした後各々の溶接継ぎ手部を順次自動溶接する工程と、溶接後の溶接継ぎ手部を順次検査する工程と、を有することを特徴とするので、溶接箇所の半減により組立工数が低減されると共に、Ｊ字管等のストックヤードが不要となって工場の省スペース化が図れる。また、チューブ間隔を縮小して熱交換器のコンパクト化が図れる。また、検査作業を溶接作業と並行して行えるので、能率向上が図れる。
【００６２】
また、前記Ｊ字管を順次多孔板間に両側から交互に挿入・仮付けする工程において、Ｊ字管は多孔板の正面視で千鳥配列されると共に、隣り合うＪ字管同志ではその折り返し部を逆向きにして互いの溶接継ぎ手部の位置が隣接したいずれの管表面からも一定の間隔を確保し得るように配列されることを特徴とするので、溶接継ぎ手部周辺の作業スペースが確保でき、溶接ヘッドあるいは検査ヘッドを容易にセッティングすることができる。
【００６３】
また、前記直管の一端を曲げてＪ字管を形成する工程の前に、前記直管にフィンを溶接する工程を有することを特徴とするので、フィン付きチューブにも容易に適用できる。
【００６４】
また、密集管群の全姿勢溶接が可能な溶接装置であって、密集管群に対し進退可能な支持部材に溶接ヘッドを支持させると共に、該溶接ヘッドは駆動歯車と、該駆動歯車に噛合する小歯車を一端に固設して管の長手方向に平行である前記支持部材の進退方向に延出された複数本の駆動軸と、該駆動軸の他端寄りの２箇所に固設した小歯車に噛合する前後一対の馬蹄形回転板を有する馬蹄形回転かごと、該馬蹄形回転かごに支持されたレーザ照射器と、を有することを特徴とするので、駆動源を溶接部から所要の位置迄遠ざけて管の長手方向から溶接部に進入することができ、狭隘な箇所にある溶接部であってもその周囲に大きな作業スペースを要せずに、容易に全姿勢溶接が行える。
【００６５】
また、前記溶接ヘッドは、前記レーザ照射器に代えてＴＩＧ溶接，ＭＩＧ溶接，ＭＡＧ溶接等の溶接トーチを有することを特徴とするので、ＴＩＧ溶接，ＭＩＧ溶接，ＭＡＧ溶接等のレーザ溶接以外にも容易に適用できる。
【００６６】
また、前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチを管の長手方向に移動位置決めする手段を備えることを特徴とするので、溶接継ぎ手部との位置合わせを微調整することができる。
【００６７】
また、前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチを管の径方向に移動位置決めする手段を備えることを特徴とするので、溶接継ぎ手部との焦点距離の微調整が可能となる。
【００６８】
また、前記馬蹄形回転かごは、前記レーザ照射器又は溶接トーチの溶接部に対する高さを検出する手段を備えることを特徴とするので、溶接継ぎ手部との焦点距離を微調整する際にフィードバック制御が行える。
【００６９】
また、前記馬蹄形回転かごは、溶接部を撮すカメラを備えることを特徴とするので、溶接継ぎ手部との位置合わせの際の確認と溶接状況のモニタリングが可能となる。
【００７０】
また、前記馬蹄形回転かごは、溶接時に溶接部をオーバラップして回転されることを特徴とするので、溶接のスタート部やクレータの不具合を解消することができる。
【００７１】
また、前記溶接ヘッドは、先端部に管をクランプ−アンクランプするクランプ機構を備えることを特徴とするので、溶接時における溶接ヘッド先端の振れ止めが可能となる。
【００７２】
また、前記溶接ヘッドは、前記支持部材に回動自在に支持されることを特徴とするので、馬蹄形回転かごにおける開口部の上向き状態あるいは下向き状態での溶接作業が任意に選択できる。
【００７３】
また、前記支持部材は、台車上に昇降可能で且つ密集管群に対し進退可能に支持されることを特徴とするので、溶接ヘッドの３次元的な位置合わせが行える。
【００７４】
また、密集管の全周検査が可能な検査装置であって、密集管群に対し進退可能な支持部材に検査ヘッドを支持させると共に、該検査ヘッドは駆動歯車と、該駆動歯車に噛合する小歯車を一端に固設して前記支持部材の進退方向に延出された複数本の駆動軸と、該駆動軸の他端寄りの２箇所に固設した小歯車に噛合する前後一対の馬蹄形回転板を有する馬蹄形回転かごと、該馬蹄形回転かごに支持された探触子と、を有することを特徴とするので、駆動源を検査部から所要の位置迄遠ざけて管の長手方向から検査部に進入することができ、狭隘な箇所にある検査部であってもその周囲に大きな作業スペースを要せずに、容易に全周検査が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す熱交換器の製造ラインの平面図である。
【図２】同じく密集管群構造体の組立法を示す斜視図である。
【図３】同じく密集管群構造体の組立法を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】同じく密集管群構造体の組立法を示す図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】同じく密集管群構造体の組立法を示す多孔板の正面図である。
【図６】同じく溶接・検査ステージの全体斜視図である。
【図７】同じく溶接ヘッド２０の斜視図である。
【図８】同じく溶接ヘッド２０を先端側から見た斜視図である。
【図９】同じく溶接時に馬蹄形回転かご４４が回転している様子を示す溶接ヘッド２０の斜視図である。
【図１０】同じく奇数列のＪ字管１３を溶接する場合を示した溶接ヘッド２０の斜視図である。
【図１１】同じく馬蹄形回転かご４４の側面図である。
【図１２】同じく馬蹄形回転かご４４の平面図である。
【図１３】同じく図１１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】同じくクランプ機構の説明図である。
【図１５】同じく検査ヘッド２１の斜視図である。
【図１６】従来の熱交換器の一部である、密集管群構造体を示す図である。
【図１７】従来の熱交換器製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１  底板
２ａ，２ｂ  多孔板
３  直管
１０  搬送ローラ
１１  マニピュレータ
１２ａ，１２ｂ  ベンダー
１３  Ｊ字管
１４ａ，１４ｂ  挿入・仮付装置
１５ａ，１５ｂ  溶接装置
１６ａ，１６ｂ  検査装置
１７  孔
２０  溶接ヘッド
２１  検査ヘッド
２３  台車
２４  ポール
２５  昇降架台
２６  アーム
２７  反転駆動モータ
２８  モータボックス
２９  ＹＡＧレーザ発振器
３０  光ファイバー
３１  歯車
３２  駆動歯車
３３  取付板
３４  回転駆動モータ
３５  回転駆動歯車
３６  支持バー
３７  中間軸受盤
３８  端部軸受盤
３９ａ〜３９ｄ  駆動軸
４０ａ〜４０ｄ  小歯車
４１  後部馬蹄形回転板
４２  前部馬蹄形回転板
４３ａ〜４３ｄ  連結棒
４４  馬蹄形回転かご
４５  レーザ照射器
５０  モータ
５１  スクリュー
５２  軸受
５３  雌ねじ孔
５４  長筒
５５ａ，５５ｂ  アーム
５６  ノズルプレート
５７  ＣＣＤカメラ
５８  ミラー
５９  ブラケット
６０  モータ
６１  スクリュー
６２  軸
６３  ブラケット
６４  軸
６５  連結部材
６５ａ  雌ねじ孔
６６  クランプ機構
６７  開閉ロッド
６７ａ  テーパ状部
６８ａ，６８ｂ  クランプ片
７０  超音波探触子
７１  信号線
【図１】
0003735202.tif 000002
【図２】
0003735202.tif 000003
【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】
0003735202.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003735202.tif 000013
【図１３】
0003735202.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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