JPH1015633A - 熱交換器用伝熱管の製造方法及び伝熱管の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型で、非常に高価なプレス機械や金型を必
要とせず、安価で、しかも多様なニーズに応じて最適設
計が可能な伝熱管の製造方法を提供する。 【解決手段】 軸の外周面に複数本の略Ｕ字溝13が等間
隔で螺旋状に形成された雌型12に、薄肉金属からなる円
筒状の被加工材料17を嵌着して一方向に回転させる。成
形用ピン支持部材18に搭載され、略Ｕ字溝にそれぞれ対
向して円周上に配置された１本以上の成形用ピン19から
なる雄型を雌型12の回転に同期して軸方向に移動させな
がら、ピン押込部材32で後端を押された成形用ピン12で
被加工材料17を連続的に押圧し、略Ｕ字溝13に押し込ん
で塑性変形させる。塑性変形された被加工材料17は雌型
12から取り外して扁平に加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器用伝熱管
の製造方法及び伝熱管の製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７〜図９は、従来一般に使用されてい
る伝熱板の凹凸パターンを示したもので、これらのパタ
ーンを有する伝熱板を複数枚重ねて周囲をパッキンでシ
ールし、分解可能な熱交換器を構成する。凹凸パターン
の伝熱面部の両側には熱媒体を導入、排出する分配面部
を備えている。導入された異なる熱媒体は伝熱板の交互
の間隙部に流され、熱交換することになる。

【０００３】図７の伝熱板は多数の凹みまたは突起を規
則正しく配列したもので、いわゆるディンプルパターン
である。図８は熱媒体の流れ方向に対して直角方向に多
数の平行な三角波を形成したものである。また図９のも
のは、熱媒体の流れ方向に対して斜めに多数の凹凸条を
形成したいわゆるヘリンボーンパターンを有し、対向す
る伝熱板面の凸部が互いに接触して交差するようになっ
ている。

【０００４】この種の伝熱板は、図10に示したように、
切断した長方形の材料１の周囲を強くクランプし、雄型
と雌型を用いたプレス成形の塑性加工で、伝熱面部２の
凹凸形状を形成する。また、別の金型で、外周３や分配
面部４のブランク抜き加工を行い作製される。

【０００５】熱交換器用設計仕様の主な因子に伝熱板の
幅，長さ，波形の形状，ピッチ，傾斜角，伝熱面積等が
あり、これらの因子を任意に選ぶことができれば最適設
計が可能となる。しかし、プレス成形法では、予め用意
したプレス金型の種類を選択する以外は自由度がないた
め、伝熱板の積層枚数を増減させることで熱交換器仕様
を決めており、従って、過剰仕様部分が発生するという
問題がある。

【０００６】図９のパターンで、対向する伝熱板の波形
の向きが互いに180度異なる場合の熱媒体の流路は、波
形が交差して乱流を生成させるため、伝熱性能が向上す
る。この場合、パターンの異なる２種類の伝熱板が必要
になるが、図11に示したように、(a)の伝熱面部の金型
を着脱自在とし、向きを逆に取り付けて１種類の金型で
２種類の伝熱板(b)，(c)を作製する方法が提案されてい
る(特開平１−244289号公報参照)。このようにすれば、
金型代を節約することができる。

【０００７】また、伝熱面部の長さを変えたい場合、図
12に示したように、伝熱板の分配面部と伝熱面部の金型
を分割自在とし、かつ伝熱面部の長さＬの異なる数種類
の金型を用意することで、その金型を組み替えることに
よって所望の長さの伝熱板を得るようにした提案もある
(特開昭56−151898号公報参照)。

【０００８】さらには、熱媒体の物性や使用条件で伝熱
面部の波形の最適傾斜角θを選択するが、この傾斜角の
大，中，小の伝熱板を用意しておき、これらを適当に組
み合わせて対向させる方法も実施されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の作製方法は、次のような問題がある。

【００１０】(1) 何れもプレス成形であり、このプレス
で伝熱面部の多数の凹凸条を一度に形成するには非常に
多くの塑性加工量が必要である。従って、作製する最大
の伝熱板を成形するに必要なプレス能力(例えば数万ト
ンのプレス圧力)を持つ液圧プレスを必要とするので設
備費が非常に高くなり、しかもプレス加工速度が非常に
遅い。

【００１１】(2) 上述のように、数万トンのプレス圧力
で加圧する場合、金型もその圧力で変形を生じない、剛
性の高い高価な金型を用意しなければならず、しかも、
多様なニーズに的確に対応して最適設計を行うために
は、伝熱板の種類に応じて多数の金型を用意しなければ
ならない。

【００１２】(3) また、プレスする際、材料の周囲を強
くクランプしても、金型の周囲は材料が滑り、また材料
の中央部は引っ張り合うので、絞り深さに差が生じる。
伝熱板の絞り深さに差があれば、多数枚の伝熱板を積層
する熱交換器にあっては、隙間が生じて熱媒体の流れに
ムラが生じ、伝熱性能が低下する。このため、雄型と雌
型は、被成形材を挾んで底突きで寸法精度を出すので、
さらに大きなプレス力が必要になる。

【００１３】本発明は、このような従来の問題点を解決
するもので、大型でかつ非常に高価なプレス機械や金型
を必要とせず、安価で、しかも多様なニーズに応じて最
適設計が可能な伝熱管の製造方法および伝熱管の製造装
置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の伝熱管の製造方法は、軸の外周面に複数本
の略Ｕ字溝が等間隔で螺旋状に形成された雌型に、薄肉
金属からなる円筒状の被加工材料を嵌着して一方向に回
転させると共に、略Ｕ字溝にそれぞれ対向して円周上に
配置された１本以上の成形用ピンからなる雄型を雌型の
回転に同期して軸方向に移動させながら成形用ピンで被
加工材料を連続的に押圧し略Ｕ字溝に押し込んで塑性変
形させた後、被加工材料を雌型から取り外して扁平に加
工するものである。

【００１５】この製造方法によれば、雌型に嵌着した円
筒状の被加工材料を一方向に回転させると共に、雄型を
雌型の回転に同期して軸方向に移動させながら成形用ピ
ンで被加工材料を連続的に押圧し略Ｕ字溝に押し込むよ
うにして逐次塑性変形させるので、加工速度が速く、伝
熱管を安価に製造することができる。また、この方法は
比較的長い伝熱管の製造に有利であり、比較的小ロット
の生産に向いている。

【００１６】また、本発明の伝熱管の製造装置は、回転
自在の軸の外周面に複数本の略Ｕ字溝が等間隔で螺旋状
に形成された雌型と、雌型を回転させる回転駆動手段
と、雌型に嵌挿した薄肉金属からなる円筒状の被加工材
料を固定する固定手段と、略Ｕ字溝にそれぞれ対向して
円周上に配置された１本以上の成形用ピンからなる雄型
と、成形用ピンを径方向に変位自在に支持する成形用ピ
ン支持部材と、成形用ピン支持部材とともに雄型を軸方
向に移動させる送り駆動手段と、成形用ピンの後端を押
し加工量に応じて径方向に突出させるピン押込手段と、
装置の動作を制御する制御手段とを備えた構成とする。

【００１７】この構成において、制御手段により雌型の
回転に同期して雄型を軸方向に移動させながら加工量に
応じて径方向に突出させた成形用ピンで被加工材料を連
続的に押圧し略Ｕ字溝に押し込んで逐次塑性変形させ、
雌型に沿った螺旋状の溝を形成する。

【００１８】上記伝熱管の製造装置によれば、従来のよ
うに大型で、非常に高価なプレス機械や、多数の高価な
金型を必要とせず、溝間のピッチや軸に対して傾斜の異
なる若干数の雌型を用意すればよいので、設備費が安く
なる。

【００１９】特に、試作品や小ロットの伝熱管の作製に
は、ＮＣフライス盤と同様の数値制御により溝を一本ず
つ自動成形することも可能になり、初期投資を少なくし
てニーズに応えることができる。

【００２０】また、成形用ピンを加工量に応じて径方向
に突出させるピン押込手段は、成形用ピン支持部材の外
周を取り巻く環状の部材で、軸方向にスライドして成形
用ピンの押込量を調節する傾斜部を有するピン押込部材
と、このピン押込部材をスライドさせる駆動手段とから
構成される。

【００２１】このような構成を採用することにより、成
形用ピンの押込量を調節して、例えば１回目は浅く、２
回目、３回目と順次広く、又は深く塑性変形させて、無
理なく所望の溝を形成することができる。

【００２２】さらに、ピン押込部材は、成形用ピン支持
部材の外周を回転自在であると共に特定の位置に成形用
ピンの突出を回避する手段を有し、かつ回転駆動する手
段を備えた構成とする。

【００２３】これによれば、ピン押込部材が雌型と同期
して回転することにより、成形用ピンの突出を回避する
手段が一致した成形用ピンを被加工材料への押圧から順
次回避させ、被加工材料の一部に軸に平行な塑性変形の
ないラインを形成することができ、伝熱管の両縁部に当
たる部分の溝を形成せずに、扁平加工する際の作業性の
向上を図ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。 (実施の形態１)図１は、本発明の実施の形態１における
伝熱管の製造装置の概略構成を示したものである。図１
において、11は装置全体を支持する架台、12は架台11に
対して回転自在の軸からなり、その外周面に複数本の略
Ｕ字溝13が等間隔で螺旋状に形成された雌型、14は雌型
12の一端に設けられた歯車対15を介して雌型12を回転駆
動する回転駆動用のモータ、16は雌型12に嵌挿した薄肉
金属からなる円筒状の被加工材料17の一端を固定する材
料チャック、18は、後で詳述するＣで示された部分に設
けられ、略Ｕ字溝13にそれぞれ対向して円周上に配置さ
れ雄型を構成する１本以上の成形用ピン19を径方向に変
位自在に支持する成形用ピン支持部材、この成形用ピン
支持部材18はガイドレール20に沿って移動自在となって
いる。21は成形用ピン支持部材18の送りねじであり、送
り駆動モータ22が回転すると、駆動歯車23、送り歯車24
および伝達歯車25を介して回転駆動される。この送りね
じ21が回転すると、フランジ部に設けた雌ねじが噛合す
る成形用ピン支持部材18が雌型12の軸方向に移動する。
26は雌型12や送りねじ21を回転自在に軸支する軸受、27
は雌型12の他端を支持する支持部材である。

【００２５】図２は、図１のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断
面を示したもので、成形用ピン19は雌型12の略Ｕ字溝13
にそれぞれ対向して、円周上に複数本配置されている。
また図３は、図１のＣ部を拡大して示したもので、成形
用ピン19は成形用ピン支持部材18に径方向に形設された
孔に挿通され、コイルバネ31により、被加工材料17に対
して常に後退する方向に付勢されている。32は成形用ピ
ン19の後端を押し加工量に応じて先端を径方向に突出さ
せるピン押込部材である。

【００２６】この成形用ピン19を加工量に応じて径方向
に突出させるピン押込部材32は、成形用ピン支持部材18
の外周を取り巻く環状の部材で、軸方向(矢印Ｅ方向)に
スライドして成形用ピンの押込量を調節する傾斜部32ａ
を有している。33はピン押込部材32をスライドさせるス
ライドモータで、そのモータ軸33ａにはねじが切ってあ
り、可動部材34に設けた雌ねじに噛合している。従っ
て、スライドモータ33が回転すると可動部材34が矢印Ｆ
方向に移動し、ピン押込部材32を押して矢印Ｅ方向にス
ライドさせる。従って、ピン押込部材32が図３における
右方向に移動すれば成形用ピン19の先端の突出量が大き
くなり、左方向に移動すれば突出量は小さくなる。

【００２７】また、ピン押込部材32は、成形用ピン支持
部材18の外周を回転自在に構成されており、可動部材34
に設けた押込部材回転モータ35を回転させることにより
歯車36が回転し、この歯車36が噛合する歯車32ｂが回転
してピン押込部材32が回転駆動される。さらに、ピン押
込部材32の特定の位置(図１では上下２箇所)に成形用ピ
ンの突出を回避する手段、具体的には、貫通ねじ孔にね
じ込まれた成形用ピン押えボルト37を有している。

【００２８】この成形用ピン押えボルト37の先端をピン
押込部材32の傾斜部32ａより後退させておくと、その位
置に一致した成形用ピン19はコイルバネ31により持ち上
げられるので、成形用ピン19の成形用ピン支持部材18か
らの突出が回避され、被加工材料17に対する押圧は起こ
らない。

【００２９】次に、本実施の形態１における製造装置を
使用した伝熱管の製造方法を説明する。まず、薄肉金属
からなる円筒状の被加工材料17を雌型12の軸に嵌挿し、
その一端を材料チャック16に係着する。成形用ピン支持
部材18は材料チャック近傍まで移動させておき、成形用
ピン19はそれぞれ雌型12の略Ｕ字溝13に対向させる。次
に、図３において、スライドモータ33を回転させて可動
部材34を右方向に前進させ、ピン押込部材32を移動させ
ると、ピン押込部材32の傾斜部32ａで成形用ピン19の後
端を押し、成形用ピン19の先端で被加工材料17を雌型12
の略Ｕ字溝13に押し込む。この押込加工量は、ピン押込
部材32の移動位置により適宜設定される。

【００３０】この状態で、図１における回転駆動用のモ
ータ14により雌型12を回転させると共に、その回転に同
期して、送り駆動モータ22によりピン押込部材32をガイ
ドレール20に沿って移動させる。これにより、被加工材
料17を連続的に押圧し略Ｕ字溝13に押し込んで逐次塑性
変形させ、雌型12に沿った螺旋状の溝を形成することが
できる。

【００３１】なお、加工開始時点おいて、雌型12の回転
とピン押込部材32の移動を開始した後に、スライドモー
タ33を回転させてピン押込部材32をスライドさせ、成形
用ピン19を被加工材料17に順次押しつけるようにして、
無理のない塑性変形を開始できることは言うまでもな
い。

【００３２】螺旋状の溝が形成された被加工材料17は、
材料チャック16を外し、雌型12を回転しながら軸から抜
き取る。しかる後、扁平に加工し、所望の伝熱管を得る
ことができる。

【００３３】ここで、扁平に加工する際、伝熱管の両縁
部に当たる部分に、最初から溝が形成されていない方が
作業性がよい。そこで、被加工材料17を塑性変形させる
成形用ピン19が被加工材料17の互いに対向する特定の位
置に一致したとき、成形用ピン19の押圧を回避して塑性
変形を行わないようにする機構を設けてある。

【００３４】図３において、ピン押込部材32は、成形用
ピン支持部材18の外周を回転自在に構成されており、押
込部材回転モータ35が回転すると、歯車36、歯車32ｂを
介してピン押込部材32が回転する。また、ピン押込部材
32には互いに反対側の特定の２箇所に、貫通ねじ孔にね
じ込まれた成形用ピン押えボルト37を有している。

【００３５】そこで、成形用ピン押えボルト37を傾斜部
32ａの面から引っ込ませた状態にセットしておき、雌型
12を回転させ、成形用ピン支持部材18をガイドレール20
に沿って移動させ、さらに、雌型12の回転に同期してピ
ン押込部材32を回転させながら、成形用ピン19による被
加工材料17の塑性変形を行うと、成形用ピン押えボルト
37が各成形用ピン19の上を通過し、成形用ピン押えボル
ト37と一致した成形用ピン19は後端の押えがなくなり、
被加工材料17に対する押圧が回避される。従って、その
部分における塑性変形は起こらず、結局、被加工材料17
における対向する部分に、軸に平行な塑性変形のないラ
インが形成されることになる。

【００３６】上記伝熱管の製造装置によれば、従来のよ
うに大型で、非常に高価なプレス機械や、多数の高価な
金型を必要とせず、溝間のピッチや軸に対して傾斜の異
なる若干数の雌型を用意すればよいので、設備費が安く
なる。そして、成形用ピン19の押込量を調節して、例え
ば１回目は浅く、２回目、３回目と順次広く、又は深く
塑性変形させることにより、無理なく所望の溝を形成す
ることができる。さらに、被加工材料17の一部に軸に平
行な塑性変形のないラインを形成することができるの
で、伝熱管の両縁部に当たる部分の溝を形成せずに、扁
平加工する際の作業性が向上する。

【００３７】(実施の形態２)図４は、本発明の実施の形
態２における伝熱管の製造装置の概略構成を示したもの
である。ここでは、特に、試作品や小ロットの伝熱管の
作製に好適な装置であり、ＮＣフライス盤と同様の数値
制御により螺旋状の溝を一本ずつ自動成形するようにし
たものである。図４において、図１と同一部分には同一
符号を付してあり、また、送りテーブル41に成形用ピン
42を取り付け、ハンドル43により成形用ピン42の突出量
を調整する。

【００３８】加工する場合は、雌型12に被加工材料17を
嵌着し、回転駆動用のモータ14により雌型12を回転させ
ると共に、その回転に同期して、送り駆動モータ22によ
り送りテーブル41をガイドレール20に沿って移動させ
る。これにより、被加工材料17を連続的に押圧し略Ｕ字
溝13に押し込んで逐次塑性変形させ、雌型12に沿った螺
旋状の溝を形成することができる。複数の螺旋溝に対し
ても同様の操作を繰り返す。

【００３９】図５における螺旋溝の成形に際しては、図
６に示したように、まず１回目は、(a)略Ｕ字溝13の片
側に成形用ピン42を寄せて浅く塑性変形させ、２回目
は、(b)略Ｕ字溝13の反対側に成形用ピン42を寄せて塑
性変形部を広くし、最後の３回目は、成形用ピン42をよ
り突出させて溝の中央部を深く押圧する。このように、
分割成形することにより、無理のない塑性変形を行うこ
とができる。

【００４０】以上のように構成された本実施の形態２で
は、初期投資を少なくして、手軽に試作品や小ロットの
伝熱管を作製することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法およ
び装置によれば、次のような効果を奏する。 (1) 雌型にセットした円筒状被加工材料を回転させ、そ
の回転に同期して円周上に配置された１本以上の成形用
ピンを軸方向に移動させながら被加工材料を連続的に押
圧し逐次塑性変形させるので、従来のように大型で、非
常に高価なプレス機械や、多数の高価な金型を必要とせ
ず、安価で、しかも多様なニーズに応じて最適設計が可
能な伝熱管を製造することができる。加工速度もプレス
成形と比較して速い。

【００４２】(2) また、被加工材料の一部に軸に平行な
塑性変形のないラインを形成することができるので、伝
熱管の両縁部に当たる部分の溝を形成せずに、扁平加工
する際の作業性が向上する。

【００４３】(3) ＮＣフライス盤と同様の数値制御によ
り螺旋状の溝を一本ずつ自動成形する装置においては、
初期投資を少なくして、試作品や小ロットの伝熱管をユ
ーザのニーズに即応して作製することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における伝熱板の製造装
置の概略構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す図で
ある。

【図３】図１のＣ部の拡大図である。

【図４】本発明の実施の形態２における伝熱板の製造装
置の概略構成図である。

【図５】本発明の実施の形態２における成形部の側面図
である。

【図６】溝形成時の工程例を示す図である。

【図７】伝熱板の第１の従来例を示す図である。

【図８】伝熱板の第２の従来例を示す図である。

【図９】伝熱板の第３の従来例を示す図である。

【図１０】従来の伝熱板の製造方法を示す図である。

【図１１】１つの伝熱面部の金型を用いて２種類の伝熱
板を作製する例を示す図である。

【図１２】伝熱面部の長さＬを変える金型の説明図であ
る。

【符号の説明】

12…雌型、 13…略Ｕ字溝、 14…回転駆動用モータ、
16…材料チャック、17…被加工材料、 18…成形用ピ
ン支持部材、 19，42…成形用ピン、 21…送りねじ、
32…ピン押込部材、 33…スライドモータ、 34…可
動部材、 35…押込部材回転モータ、 37…成形用ピン
押えボルト、 41…送りテーブル。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 吉伸 東京都中央区築地３丁目10番10号 株式会 社中村自工内 (72)発明者 西田 竜夫 東京都中央区築地３丁目10番10号 株式会 社中村自工内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異種の液体と液体、液体と気体など異な
   る熱媒体間で熱交換を行う熱交換器における伝熱管の製
   造方法であって、 軸の外周面に複数本の略Ｕ字溝が等間隔で螺旋状に形成
   された雌型に、薄肉金属からなる円筒状の被加工材料を
   嵌着して一方向に回転させると共に、前記略Ｕ字溝にそ
   れぞれ対向して円周上に配置された１本以上の成形用ピ
   ンからなる雄型を前記雌型の回転に同期して軸方向に移
   動させながら前記成形用ピンで前記被加工材料を連続的
   に押圧し前記略Ｕ字溝に押し込んで塑性変形させた後、
   前記被加工材料を前記雌型から取り外して扁平に加工す
   ることを特徴とする熱交換器用伝熱管の製造方法。
2. 【請求項２】 回転する雌型の軸方向に平行な特定位置
   が一致した成形用ピンを被加工材料への押圧から順次回
   避させ、被加工材料の一部に軸に平行な塑性変形のない
   ラインを形成することを特徴とする請求項１記載の熱交
   換器用伝熱管の製造方法。
3. 【請求項３】 回転自在の軸の外周面に複数本の略Ｕ字
   溝が等間隔で螺旋状に形成された雌型と、前記雌型を回
   転させる回転駆動手段と、前記雌型に嵌挿した薄肉金属
   からなる円筒状の被加工材料を固定する固定手段と、前
   記略Ｕ字溝にそれぞれ対向して円周上に配置された１本
   以上の成形用ピンからなる雄型と、前記成形用ピンを径
   方向に変位自在に支持する成形用ピン支持部材と、前記
   成形用ピン支持部材とともに前記雄型を軸方向に移動さ
   せる送り駆動手段と、前記成形用ピンの後端を押し先端
   を加工量に応じて径方向に突出させるピン押込手段と、
   装置の動作を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段により前記雌型の回転に同期して前記雄型
   を軸方向に移動させながら加工量に応じて径方向に突出
   させた前記成形用ピンで前記被加工材料を連続的に押圧
   し前記略Ｕ字溝に押し込んで塑性変形させることを特徴
   とする伝熱管の製造装置。
4. 【請求項４】 成形用ピンを加工量に応じて径方向に突
   出させるピン押込手段は、成形用ピン支持部材の外周を
   取り巻く環状の部材で、軸方向にスライドして成形用ピ
   ンの押込量を調節する傾斜部を有するピン押込部材と、
   該ピン押込部材をスライドさせる駆動手段とからなるこ
   とを特徴とする請求項３記載の伝熱管の製造装置。
5. 【請求項５】 ピン押込部材は、成形用ピン支持部材の
   外周を回転自在であると共に特定の位置に成形用ピンの
   突出を回避する手段を有し、かつ回転駆動する手段を有
   し、前記ピン押込部材が雌型と同期して回転することに
   より、前記成形用ピンの突出を回避する手段が一致した
   成形用ピンを被加工材料への押圧から順次回避させ、被
   加工材料の一部に軸に平行な塑性変形のないラインを形
   成することを特徴とする請求項４記載の伝熱管の製造装
   置。