| 【発明の名称】 |
三方分岐管とその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】小笠原 忍
【氏名】磯部 豊
|
| 【要約】 |
【課題】部品固定治具が不要で、安価なリングロウが使用できる接合形状を有し接合方法が容易な三方分岐管とその製造方法を得る。
【解決手段】曲げ部側面にテーパー状の接合穴１ｂを有する張出部１ａを設けたＵベンド穿孔管１と、端部が接合穴１ｂに押し込まれ、ロウ付けされた鼻型管２と、を備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 曲げ部側面にテーパー状の接合穴を有する張出部を設けたＵベンド穿孔管と、端部が前記接合穴に押し込まれロウ付けされた鼻型管と、を備えたことを特徴とする三方分岐管。
【請求項２】接合穴の底部の内径を、鼻型管の内径と同じ径としたことを特徴とする請求項１に記載の三方分岐管。
【請求項３】鼻型管の端部を、接合穴に沿うように面取りをしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の三方分岐管。
【請求項４】 張出部は、鼻型管端部とのロウ付け部から突出していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の三方分岐管。
【請求項５】 Ｕベンド穿孔管の曲げ部側面に設けられた張出部のテーパー状の接合穴に、鼻型管端部を押し込み、前記接合穴と前記鼻型管の重ね合わせ部により前記鼻型管を固定し、前記重ね合わせ部の端部にロウ材を載置し炉中ロウ付けをしたことを特徴とする三方分岐管の製造方法。
【請求項６】 テーパー状の接合穴は、Ｕベンド穿孔管の曲げ部側面に下穴加工した後に、前記下穴の縁部を立ち上げ工具により外側方向に立ち上げて、立ち上げ部を成形し、さらに、前記立ち上げ部の内側にＶ字形状のポンチ押しつけて成形したことを特徴とする請求項５記載の三方分岐管の製造方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】フィンチューブ型熱交換器に使用される冷媒分岐管など、流体の分岐部品に関するものであり、さらに詳しくは３本の流体配管を接合した三方分岐管とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】フィンチューブ型熱交換器は、アルミニウムなどの薄板であるフィンが空気などの流体の流路となる間隙を設けて積層し、積層した前記フィンを貫通する複数の配管内に冷媒などを通過させることによって、前記流体の冷却または加温を行うものである。例えばアルミニューム製のフィンに銅製の積層された前記フィンを貫通するヘアピン型配管を串状に差し込み、銅管の端面側に互い違いにＵ型ベンドをロウ付け接合することにより製造される。Ｕ型ベンドのロウ付けには、配管の接合重ね合せ部に例えば銅に７重量％程度の燐を合金化した接合材料であるロウ材（以下、ＢＣＵＰ２と称す）をリング状にしたものを載置し、Ｕ型ベンドの列の両側からトーチ等で加熱することによって接合する方法等が一般に利用されている。
【０００３】図７は、例えば特開平７−１７４４３８号公報に示された従来の冷媒分流器であり、熱交換機にヘアピン型配管を二列以上配置し、冷却効率の向上や熱交換機の形状を好適なものとするために採用されたものであり、分流管直管１２、分流管分流部１３からなり、冷媒を直角方向に分流させている。
【０００４】二列以上配置したＵ型ベンドにヘアピン型配管を並べて配設したものでは、冷媒の分岐にはＵ字形をなす管の曲折部に分岐した管を接合した鞍型三方分岐管が一般に使用される。鞍型三方分岐管は簡単な構造であって、少ない面積で容易に設置ができるものである。
【０００５】図８は熱交換器に鞍型三方分岐管を組み込んだときの斜視図、図９は従来の汎用の鞍型三方分岐管の組立図であり、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は側面図、図９（ｃ）は上面図である。図８において３は鞍型三方分岐管、４はＵ型ベンド、５はＵ型ベンドのロウ接用ロウ材、６は鞍型三方分岐管ロウ接用ロウ材、７は熱交換器のフィン（アルミニューム）である。ロウ材５はＢＣＵＰ２相当のもの、ロウ材６はＢＣＵＰ４相当のもの等が使用されていた。
【０００６】図９において１０は接合穴を有するＵベンド穿孔管、１１は鼻型管、１１ａはフランジ部である。汎用の鞍型三方分岐管３は、銅製のＵベンド穿孔管８の曲げ部側面接合穴に、端面をフランジ加工した銅製鼻型管１１を合わせ、トーチ加熱または高周波誘導加熱を利用しＢＣＵＰ２などの棒状ロウ材を用い、溶解したロウ材を接合面に流し込む差しロウ接を行ったり、青銅などのペースト状の高融点ロウ材を接合面近傍に配置して、プロパン変性ガスや水素などで雰囲気を調整した加熱炉内で加熱しロウを溶融させることによって接合する炉中ロウ接による方法や、型内に配置した厚肉管内に油や溶融した鉛などを封入したものに静水圧を加え塑性変形させることによって成形するバルジ加工一体成形などにより製造されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】トーチ加熱または高周波誘導加熱してロウ接により製造された鞍型三方分岐管３は、後工程の熱交換器への組み込みロウ接の加熱時、前記分岐部のロウ材が再溶融するため再溶融により生じた欠陥を封止手直しなければならなかった。再溶融させないためには、熱交換器のロウ接時に一般的なロウ材であるＢＣＵＰ２などよりも融点の低い、例えば銅に銀を約５重量％、鱗を約６．３重量％合金化させたＢＣＵＰ３など銀を含有する高価なロウ材を使用する必要があった。
【０００８】また、鞍型三方分岐管３の製造時のトーチまたは高周波誘導加熱によるロウ接では、大気中の極部加熱によるロウ接であるため、母材である銅の融点約１０８５℃よりも２００℃程度低い温度で溶解するＢＣＵＰ２以上の高融点ロウ材、例えば銅に約５重量％の鱗を合金化させたＢＣＵＰ１などは、母材を溶解してしまう危険性が高く、また鱗が燃焼することにより発現されるフラックス効果も小さいため製品の歩留まりが低下するなど、容易には適用できなかった。
【０００９】また、高融点ロウ材を使用して炉中ロウ接により製造する場合には、鞍型三方分岐管３の接合部分が、Ｕ型ベンド４の曲げ部側面に開けられた穴にフランジ１１ａ加工を施した鼻型管１１を取り付ける異形態を取っているので、安価な汎用のリングロウが使用できず、異形状に対応可能なペーストロウ材が使用されていた。ペーストロウ材は粒度管理された金属粉ロウ材を炭化水素系溶剤などに分散させて、接合部近傍に塗り付けることにより使用されるため、棒状またはリング状のロウ材に比べて著しく高価であるという問題があった。
【００１０】さらに、ベルト型の加熱炉を使用する場合など、Ｕ型ベンド穿孔管１０と鼻型管１１の接合部分が振動等により位置ずれを生じる危険性が高く、Ｕ型ベンド穿孔管１０と鼻型管１１を各々固定する治具が必要であった。治具は１０００℃以上にもなる炉内と製品取り出しを行う室温との間で繰り返し加熱されるため消耗品的に使用され、接合費用を上げる要因の一つとなっていた。
【００１１】また、厚肉管を油圧や溶融鉛などにより塑性変形させるバルジ加工一体成形などは、接合部位が無いため、配管内を流れる流体、例えば冷媒の密閉性に対して信頼性が高い反面、型構造が複雑であるなど加工費用が高く、溶融鉛を使用する場合などは作業時の危険性や、周辺環境への悪影響も懸念される。さらに成形品も厚肉のものとなるため、後工程の熱交換器のＵ型ベンド４のロウ接時、Ｕ型ベンド４との熱容量バランスが取れないため低融点ロウ材を使用しても同時接合が出来ないなどの問題があった。
【００１２】本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、特に、後工程の熱交換器製造におけるＵベンドのロウ付け時に同時接合が可能な熱容量の小さい薄肉の鞍型三方分岐管を製造するために、鞍型三方分岐管を炉中ロウ接によって製造する方法において、部品固定治具を使用すること無しに、また高価なペーストロウ材を使用することなく、安価なリングロウを利用可能な接合形状と、ロウ付けが容易な三方分岐管とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明に係る三方分岐管は、曲げ部側面にテーパー状の接合穴を有する張出部を設けたＵベンド穿孔管と、端部が前記接合穴に押し込まれロウ付けされた鼻型管と、を備える。
【００１４】また、接合穴の底部の内径を、鼻型管の内径と同じ径としたものである。
【００１５】また、鼻型管の端部を、接合穴に沿うように面取りをしたものである。
【００１６】また、張出部は、鼻型管端部とのロウ付け部から突出しているものである。
【００１７】また、三方分岐管の製造方法は、Ｕベンド穿孔管の曲げ部側面に設けられた張出部のテーパー状の接合穴に、鼻型管端部を押し込み、前記接合穴と前記鼻型管の重ね合わせ部により前記鼻型管を固定し、前記重ね合わせ部の端部にロウ材を載置し炉中ロウ付けをしたものである。
【００１８】また、テーパー状の接合穴は、Ｕベンド穿孔管の曲げ部側面に下穴加工した後に、前記下穴の縁部を立ち上げ工具により外側方向に立ち上げて、立ち上げ部を成形し、さらに、前記立ち上げ部の内側にＶ字形状のポンチ押しつけて成形したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は本実施の形態を示す鞍型三方分岐管の斜視図、図２は鞍型三方分岐管のＵベンド穿孔管の平面及び側面図、図３は鞍型三方分岐管の鼻型管平面及び側面図、図４は接合部のロウ付け前の断面図、図５は鞍型三方分岐管の製造工程図、図６は接合穴の成形方法の説明図である。
【００２０】鞍型三方分岐管は、従来例の図８に示すように熱交換器のＵ型ベンド４と並べて配設して用いられ、少ない面積で、コンパクトに使用できるため、二列以上Ｕ型ベンドを配置する熱交換器で冷媒流路を分岐する時に使用される。本実施の形態の鞍型三方分岐管の構成を、図１〜図４により説明する。図２（ａ）はＵベンド穿孔管の平面図、図２（ｂ）は側面図、図３（ａ）は鼻型管の平面図、図３（ｂ）は側面図である。図において１は接合穴を有するＵベンド穿孔管、１ａは張出部、１ｂはテーパー状の接合穴、２はＵベンド穿孔管１の接合穴１ａにロウ付けされる鼻型管、８はロウ材である。
【００２１】接合穴１ｂの底部の内径ｄ１は、鼻型管内径ｄ２と同じ径とし、鼻型管２の端部は、接合穴１ｂに沿うように面取りをしたものを示している。また、張出部１ａは、鼻型管２の端部とのロウ付け部から突出しており、ロウが溜まり易いようにしている。
【００２２】次に、鞍型三方分岐管の製造方法を図１〜図６を用いて説明する。まず、製造工程の概要は、図２、３に示すように工程１でＵベンド穿孔管１と鼻型管２を成形する。Ｕベンド穿孔管１の曲げ部側面には テーパー状の接合穴１ｂを有する張出部１ａを成形する。次の工程２では、図４に示すようにＵベンド穿孔管１の曲げ部側面に設けられた張出部１ａのテーパー状の接合穴１ｂに、鼻型パイプ部２の端部を嵌合し、リング置きロウ８を使用し炉中ロウ付けを行う。
【００２３】次に各々の工程について説明する。工程１の部品成形工程では、Ｕベンド穿孔管１は、銅管をＵベンド形状に曲げた（Ｓ−１）後、下穴を開け（Ｓ−２）、銅管の外側から外径可変の治具を下穴に挿入し、挿入後治具を開いて引き抜くことにより張出部１ａを図６（ａ）に示すように立て（Ｓ−３）た後、図６（ｂ）に示すように張出部１ａの内径側から内径ポンチ９を押しつけ接合穴１ｂをテーパー状に成形する（Ｓ−４）。この時、接合穴１ｂの底部の穴径ｄ１は鼻型管内径ｄ２と同等径とする。
【００２４】なお、張出部１ａのは銅管の肉厚の３倍以上張出すのが好ましい。また、張出部１ａは下穴Ｔ字形状のＴドリルを挿入し、回しながら引き上げて立ててもよく、また、銅管に下穴をあけ、内径側からポンチ等で穿孔して張出部を立てた後Ｕベンド形状に曲げてもよい。
【００２５】次に、鼻型管２は、銅管を曲げ（Ｓ−５）、一定の寸法に切断する（Ｓ−６）。そして切断面を接合穴に合うように面取り加工する（Ｓ−７）。この面取り加工は省く場合もあるが、Ｕベンド穿孔管１との接合部のクリアランスを周方向に均一極少化し、ロウ垂れを防ぐなど接合信頼性を確保するためには、切断面を面取り加工することが望ましい。なお、スピンカット等清浄な切断面が得られる加工方法においては面取り等の作業は省くことができる。
【００２６】次に、第二のロウ付け工程では、まず、Ｕベンド穿孔管１の張出部１ａのテーパー状の接合穴１ｂに鼻型管２の端部を押し込み、張出部１の接合穴１ｂと鼻型管２の重ね合わせ部に張出部１ａの弾性力が加わることにより、鼻型管２を固定する（Ｓ−８）。して、Ｕベンド穿孔管１の張出部１ａにリングロウを載置し（Ｓ−９）、炉中ロウ付けをする（Ｓ−１０）。
【００２７】炉中ロウ付けは、ロウ材として例えば銅に約１０重量％の錫を合金化させた青銅リングロウを置きロウとして用い、例えば１０５０℃で１０分間程度の条件で変性ガス雰囲気炉などによる炉中ロウ付けを行う。この時高融点ロウ材を使用することによって、後工程の熱交換器への接合時に再溶融を防止することができるが、例として挙げた青銅ロウ材の液相線温度は約１０２０℃であるなど、銅の融点約１０８０℃に非常に近いため、ロウ付け炉の温度設定には炉毎の十分な確認が必要となる。
【００２８】特に炉の温度制御の精度によっては母材である銅部品が溶解したり、逆にロウが全く溶けない場合も起こり得る。さらにロウ付け時間も短すぎるとロウが十分流れず、長すぎると母材である銅管がロウ側に流れるいわゆるエロージョンを起こして、ロウ近傍で薄肉化したり、穴が開く場合もある。また、ロウ材は比較的溶融範囲が広く大きな隙間にも対応可能な青銅ロウを例として挙げたが、部品の寸法精度や炉の温調精度等によって、より流動性の高いＣｕ−Ｓｉ系やＣｕ−Ｓｉ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系などのロウ材も使用可能である。
【００２９】これらのロウ材は線材などは汎用的に使用され安価に流通しているものの、ペーストとしたロウは非常に高価であり、本発明の接合形状とすることで、汎用で安価な線材またはリング材が使用可能となる。
【００３０】以上のように、Ｕベンド穿孔管１の接合穴１ｂをテーパー形状としたので、接合穴に鼻型管を押し込むことによって、張出部の弾性力により両者の接合部を固定することができ、炉中ロウ接時、別途固定治具を用いる必要がなくなり、ロウ付けを容易にすることができる。さらに、ロウ付け工程において溶融したロウの溜り部分を作ることができ、小さな張出代でも十分な接合面積を確保することができ、内径側へのロウ垂れの抑制も可能となる。また、接合穴１ｂの底部の穴径を鼻型管内径と同等径としたので、鼻型管を勘合する位置が一定となり、固定治具が無くても位置決めできるとともに、接合部位の内径面積を縮小することなく接合でき、配管内を流れる流体の圧力損失を少なくすることができる。また、高価なペーストロウ材を使用することなく、安価なリングロウを利用することができる。
【００３１】
【実施例】次に、本実施の形態に基づいて実施した具体的な実施例について説明する。本実施例では、鞍型三方分岐管の構成部品であるＵベンド穿孔管１及び鼻型管２を図２、３に示す寸法で成形した。そして、Ｕベンド穿孔管１の張出部１ａのテーパー形状の接合穴１ｂに鼻型管２を押し込む形で、特別な接合部固定治具を用いずに、接合部を固定し、ロウ材には銅に約１０重量％の錫を合金化した青銅のリングロウを張出部１ａに載置して、変性ガス雰囲気炉でロウ付けした。また、熱交換器の組み立てロウ接では図８に示したＵ型ベンド４のロウ材５にはＢＣＵＰ２相当のリングロウをはめ込み、鞍型三方分岐管３のロウ材６には、ＢＣＵＰ２よりも融点の低い、銅に約６重量％の銀、約７重量％の鱗を合金化した組成のＢＣＵＰ４相当のリングロウを使用した。
【００３２】鞍型三方分岐管の構造、製造方法及び試験内容を表１に示す。評価試験は本実施例の鞍型三方分岐管を後述の比較例のものとともに図８に示したように熱交換器に組み込み、ガス酸素バーナーを用いたベルト型自動ロウ接装置で接合させた時の接合部外観と、水中リーク試験によって冷媒などの漏れに至る欠陥の有無を評価した。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【比較例】比較例１では表１に示すように、溶融鉛バルジ一体成形により鞍型三方分岐管を製造した。大きな塑性変形を加える成形法では薄肉管による成形が非常に難しく、鞍型三方分岐管の成形品肉厚も約０．５ｍｍとするのが限界であり、これ以上の薄肉化は不可能であった。
【００３５】比較例２では表１に示すように、Ｕベンド穿孔管１に張出部や接合穴にテーパーを設けず、接合端面をフランジ加工した鼻型管を押し当て、トーチ加熱によりＢＣＵＰ２相当のロウ材を接合隙間に流し込む方法で製造した。
【００３６】次に、評価結果について説明する。実施例では、鞍型三方分岐管３とＵ型ベンド４とを同時にロウ接することが可能であり、また、鞍型三方分岐管３分岐接合部は再溶融を起こすことは無くリーク不良も発生しなかった。実施例の鞍型三方分岐管３は薄肉配管で製造できるため熱容量を小さくでき、熱交換器製造時のロウ付けにおいて同時に接合するＵ型ベンド４との温度差を小さくできるので、使用するリングロウ材を適当に組み合わせることにより、同時ロウ付けが可能となった。また、分岐接合部は、テーパー状の接合穴１ｂに鼻型管２の面取りした端面を挿入した重ね接合であるため、炉中ロウ付けにおける接合信頼性が高く、さらに高融点ロウ材を使用しているため、再加熱時溶融することは無く、接合部の密閉性は保持されたままとなった。加えて、炉中ロウ付け時、高価なペーストロウではなく安価なリングプリフォーム材を使用できたことや部品固定治具が不要であったことなど簡易な製造が実現できた。
【００３７】なお、鞍型三方分岐管３の分岐部分は、Ｕベンド穿孔管１の接合穴の底部の内径穴径を鼻型管２の内径と同じ径とし、さらに接合部はテーパー形状の接合穴１ｂに鼻型管２の面取りした端部を押し込んだ重ね接合であるため、内径側へのロウ垂れが無い形で製造でき、鞍型三方分岐管を使用した熱交換器を実用に供した時、管内を流れる流体の圧力損失が小さく高効率な熱交換器が製造できることが確認された。
【００３８】比較例１では、バルジ加工一体成形品を熱交換器自動ロウ接装置でロウ接すると、厚肉であるが故に同時にロウ接するＵ型ベンド４との熱容量バランスが取れず、Ｕ型ベンド４に取り付けたＢＣＵＰ２相当のロウ材よりも低い温度で溶融するＢＣＵＰ４相当のロウ材を使用しても十分な溶融状態が得られず、接合不十分となった。なお、火力を上げ鞍型三方分岐管３のロウが十分な溶融を得られる程度にすると、Ｕ型ベンド本体が溶融し不具合となった。
【００３９】比較例２では、分岐部をＢＣＵＰ２相当品で差しロウ接した鞍型三方分岐管３であり、熱交換器へのＵ型ベンド４との同時接合は可能であったものの当該分岐部が再溶融し、リーク不良となった。鞍型三方分岐管３の分岐管接合部と熱交換器組み立て時の接合部ではＢＣＵＰ２相当というほぼ同一のロウ材を使用しているものの、ロウ材の特性上一度溶融したロウ材は溶融温度が上昇するため、二段目の加熱状態によっては再溶融しない場合もあり得る。しかし、熱交換器組み立てロウ接では短時間にロウ接を完了する必要があり、ある程度大きな過加熱をとる関係から、ロウ材の溶融、流出を招いてシールに至らない部分を発生し、この結果リーク不良が多発したと考えられる。
【００４０】なお、本発明は、以上述べた発明の実施の形態において示した鞍型三方分岐管に限定される物ではなく、例えば汎用の水道管分岐部品としても使用可能であり、その要旨を脱し得ない範囲で種々変形して実施することができる。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、曲げ部側面にテーパー状の接合穴を有する張出部を設けたＵベンド穿孔管と、端部が前記接合穴に押し込まれロウ付けされた鼻型管と、を備えたので、部品固定治具を使用すること無しに、ロウ接ができ、さらに、安価なリングプリフォームロウ材が使用できる接合形状であり、ロウ材が溶融するときのロウ溜りを成形できるため、信頼性の高いロウ付けを容易にすることができる。
【００４２】また、接合穴の底部の内径を、鼻型管の内径と同じ径としたので、接合部のロウ接時、鼻型管を勘合する位置が一定となり、部品固定治具が無くても位置決めできるとともに、接合部位の内径面積を縮小することなく接合でき、配管内を流れる流体の圧力損失の少ない三方分岐管を得ることができる。
【００４３】また、鼻型管の端部を、接合穴に沿うように面取りをしたので、接合部のクリアランスを周方向に均一極少化し、内径側へのロウ垂れも無く、信頼性の高い三方分岐管を得ることができる。
【００４４】また、張出部は、鼻型管端部とのロウ付け部から突出しているので、ロウ材が溶融するときのロウ溜りを形成できるため、信頼性の高いロウ付けを容易にすることができる。
【００４５】また、三方分岐管の製造方法は、Ｕベンド穿孔管の曲げ部側面に設けられた張出部のテーパー状の接合穴に、鼻型管端部を押し込み、前記接合穴と前記鼻型管の重ね合わせ部により前記鼻型管を固定し、前記重ね合わせ部の端部にロウ材を載置し炉中ロウ付けをしたので、治具を使用せずに簡易なロウ付けができる。
【００４６】また、テーパー状の接合穴は、Ｕベンド穿孔管の曲げ部側面に下穴加工した後に、前記下穴の縁部を立ち上げ工具により外側方向に立ち上げて、立ち上げ部を成形し、さらに、前記立ち上げ部の内側にＶ字形状のポンチ押しつけて成形したので、テーパー状の接合穴を有する張出部を容易に成形することができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年３月１２日（１９９９．３．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６１２７３
【弁理士】
【氏名又は名称】佐々木 宗治 （外３名）
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−２６６４２８（Ｐ２０００−２６６４２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２９日（２０００．９．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６７０８８ |
|