特許 5979430 拡管装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5979430

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月24日

(54)【発明の名称】拡管装置

(51)【国際特許分類】

   B21D 39/20 20060101AFI20160817BHJP

   B21D 39/06 20060101ALI20160817BHJP

   B21D 53/08 20060101ALI20160817BHJP

【ＦＩ】

   B21D39/20 E

   B21D39/06 B

   B21D53/08 J

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-166521(P2012-166521)

(22)【出願日】2012年7月27日

(65)【公開番号】特開2014-24096(P2014-24096A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2015年5月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100097515

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 実

(74)【代理人】

【識別番号】100136700

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 俊博

(72)【発明者】

【氏名】新玉 晋作

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０２−０１１６２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−０７１４３５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０４５８１８１７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭４９−１２１２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１０８３３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｄ ３９／０２ − ３９／２０

Ｂ２１Ｄ ５３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管板に設けられた管孔に挿入された伝熱管端部を拡管する拡管装置であって、
前記伝熱管端部を拡管可能な拡管駆動装置と、
伝熱管端面と管板表面との伝熱管の軸方向間隔が予め設定された範囲にあるときに正常信号を出力する位置検出センサと、
前記正常信号が出力されたときにのみ、前記拡管駆動装置による前記伝熱管端部の拡管を可能にするインターロック回路と、を備え、
前記位置検出センサは、
前記拡管駆動装置の本体先端部に取り付けられた内側電極及び外側電極を有し、
前記内側電極と前記外側電極は、互いに電気的に絶縁され、
前記内側電極は、前記伝熱管端面に対向する第１接触面を有し、
前記外側電極は、前記管板表面に対向する第２接触面を有し、
前記伝熱管端面と前記管板表面との軸方向間隔が予め設定された範囲にあるときに、前記第１接触面と前記第２接触面がそれぞれ前記伝熱管端面と前記管板表面に接触して、前記正常信号を出力する、ことを特徴とする拡管装置。

【請求項2】

前記拡管駆動装置は、本体の一部である本体先端部と、
前記伝熱管の内径に隙間をもって嵌る頭部と、前記頭部より直径が小さく前記頭部に連結された駆動軸とを有する挿入軸と、
前記本体先端部と前記頭部との間に挟持され、前記駆動軸のまわりに位置し前記駆動軸が通る貫通孔を有する弾性体と、
前記駆動軸を軸方向に駆動する直動アクチュエータと、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の拡管装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、管板に設けた管孔内に伝熱管を挿入した状態で伝熱管の端部を拡管して管孔の内面に密着させる拡管装置に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気発生器や熱交換器の製造工程において、伝熱管の端部と管板に設けた管孔の内面との隙間をなくすため、管孔内に伝熱管を挿入した状態で伝熱管端部を拡径（拡管と呼ぶ）を行う必要がある。
この拡管工程には、拡管装置が用いられている。かかる拡管装置は、例えば特許文献１〜３に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−１０２６４号公報

【特許文献2】特開昭６３−２３０２７３号公報

【特許文献3】特開２００３−３４０５３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１は、従来の拡管装置の一例を示す模式図である。
この図において、１は管板、２は管板１の管孔１ａに挿入された伝熱管、３は拡管装置、４は拡管装置３の挿入軸、５は弾性体である。
挿入軸４は、伝熱管２の内径に隙間をもって嵌る頭部４ａと、頭部４ａより直径が小さく頭部４ａに連結された駆動軸４ｂとからなる。弾性体５は、ウレタン等の弾性ゴムからなる中空円筒形の部材であり、その中心貫通孔の内径は駆動軸４ｂに隙間なく嵌り、その外径は伝熱管２の内径に隙間をもって嵌るようになっている。
拡管装置３は、油圧、空圧、又は油空圧により駆動軸４ｂをその軸方向に大出力で前後させるようになっている。

【0005】

図１の拡管装置３は、以下のように作動する。
（１）拡管装置３の作動前は、駆動軸４ｂは前方（図で右方向）に前進している。この状態において、弾性体５の中心貫通孔に駆動軸４ｂが通り、拡管装置３の本体先端部３ａと挿入軸４の頭部４ａの間に弾性体５が挟まれた状態で駆動軸４ｂが拡管装置３に固定されている。
この状態において、弾性体５は本体先端部３ａと頭部４ａの両方に密着しているが軸方向には圧縮されていない。
従って、弾性体５の外径は伝熱管２の内径に対して隙間があり、図１に示すように、頭部４ａ及び弾性体５を、伝熱管２の内側に軸方向に挿入することができる。

【0006】

（２）次いで、拡管装置３の本体先端部３ａを管板表面１ｂ（図で左面）に押し当てた状態で、拡管装置３を作動させる（スイッチをＯＮする）と、駆動軸４ｂが後方（図で左方向）に強力な力で後退する。この後退動作により、本体先端部３ａに対して頭部４ａが後退するので、その間に位置する弾性体５が軸方向に圧縮され、その圧縮により弾性体５の外径が外側に膨らみ、伝熱管２の外面が管孔１ａの内面に密着するまで、伝熱管２の端部を拡管する。

【0007】

（３）次に、スイッチをＯＦＦして拡管装置３の作動をやめると、駆動軸４ｂが前方（図で右方向）に前進し、弾性体５は弾性力により元の直径に戻り、伝熱管２から頭部４ａ及び弾性体５を引き抜くことができ、拡管工程が完了する。
この際、伝熱管２は金属であり、伝熱管２の端部は拡管により塑性変形して管孔１ａの内面に密着したままとなる。

【0008】

拡管工程後に、伝熱管の端部と管孔１ａの内面との接合部をシール溶接により接合させる。このシール溶接により、伝熱管と管板とが強固かつ気密に接合されるためには、伝熱管の端面と管板の端面とは同一平面であることが望ましく、その許容範囲は非常に狭い。
例えば、伝熱管端部は管板表面から突出せず、かつ管板表面からの凹み深さは、例えば０．２ｍｍ以内に設定する必要があった。

【0009】

そのため、従来は拡管工程前に作業者が伝熱管端部を正確に位置決めした後、拡管装置で拡管作業を行っていた。
しかし、上述した拡管工程において、図１に示すように、挿入軸４の頭部４ａ及び弾性体５を、伝熱管２の内側に軸方向に挿入する際に、伝熱管２との隙間が小さいので、伝熱管２に軸方向の力が作用し、伝熱管端部が管板の奥に入ってしまうことがあった。
この場合、目視では伝熱管端部の位置が確認できないため、許容範囲を超える場合でもそのまま拡管を行ってしまう可能性があった。
また、逆に、伝熱管端部が管板表面から突出したまま拡管を行ってしまうおそれもあった。

【0010】

本発明は、かかる問題点を解消するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、伝熱管端面と管板表面とを実質的に同一平面に保持したまま伝熱管端部を拡管することができ、その許容範囲を超える場合に拡管を未然に防止することができる拡管装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明によれば、管板に設けられた管孔に挿入された伝熱管端部を拡管する拡管装置であって、
前記伝熱管端部を拡管可能な拡管駆動装置と、
伝熱管端面と管板表面との伝熱管の軸方向間隔が予め設定された範囲にあるときに正常信号を出力する位置検出センサと、
前記正常信号が出力されたときにのみ、前記拡管駆動装置による前記伝熱管端部の拡管を可能にするインターロック回路と、を備え、
前記位置検出センサは、
前記拡管駆動装置の本体先端部に取り付けられた内側電極及び外側電極を有し、
前記内側電極と前記外側電極は、互いに電気的に絶縁され、
前記内側電極は、前記伝熱管端面に対向する第１接触面を有し、
前記外側電極は、前記管板表面に対向する第２接触面を有し、
前記伝熱管端面と前記管板表面との軸方向間隔が予め設定された範囲にあるときに、前記第１接触面と前記第２接触面がそれぞれ前記伝熱管端面と前記管板表面に接触して、前記正常信号を出力する、ことを特徴とする拡管装置が提供される。

【0013】

また、拡管駆動装置は、本体の一部である本体先端部と、
前記伝熱管の内径に隙間をもって嵌る頭部と、前記頭部より直径が小さく前記頭部に連結された駆動軸とを有する挿入軸と、
前記本体先端部と前記頭部との間に挟持され、前記駆動軸のまわりに位置し前記駆動軸が通る貫通孔を有する弾性体と、
前記駆動軸を軸方向に駆動する直動アクチュエータと、を有する。

【発明の効果】

【0014】

上記本発明の構成によれば、位置検出センサにより、伝熱管端面と管板表面との軸方向間隔が予め設定された範囲にあるときに正常信号を出力し、インターロック回路により、前記正常信号が出力されたときにのみ、拡管駆動装置による伝熱管端部の拡管が可能になるので、伝熱管端面と管板表面とを実質的に同一平面に保持したまま伝熱管端部を拡管することができ、その許容範囲を超える場合に拡管を未然に防止することができる。

【0015】

すなわち、本発明の拡管装置により、以下の効果が得られる。
伝熱管端面と管板表面との軸方向間隔が予め設定された範囲にあること、言い換えれば正確な挿入状態を、正常信号のランプ表示等により確認できる。
位置検出センサにより、伝熱管端面と管板表面との軸方向間隔が予め設定された範囲（許容範囲）を超えるときは、インターロック回路により拡管駆動装置による伝熱管端部の拡管を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】従来の拡管装置の一例を示す模式図である。

【図2】本発明の拡管装置を示す実施形態図である。

【図3】図２の主要部拡大図である。

【図4】図２の拡管装置の作動説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

【0018】

図２は、本発明の拡管装置を示す実施形態図である。
この図において、拡管装置は、管板１に設けられた管孔１ａに挿入された伝熱管２の端部２ａ（以下、「伝熱管端部２ａ」）を拡管する装置であり、拡管駆動装置１０、位置検出センサ１８、及びインターロック回路２０を備える。

【0019】

拡管駆動装置１０は、伝熱管端部２ａを拡管可能な装置である。
この例において、拡管駆動装置１０は、本体先端部１０ａ、挿入軸１２、弾性体１４、及び直動アクチュエータ１６を備える。

【0020】

本体先端部１０ａは、拡管駆動装置１０の本体の一部であり、この例では円筒形部材である。

【0021】

挿入軸１２は、伝熱管２の内径に隙間をもって嵌る頭部１２ａと、頭部１２ａより直径が小さく頭部１２ａに連結された駆動軸１２ｂとを有する。

【0022】

弾性体１４は、ウレタン等の弾性ゴムからなる中空円筒形の部材であり、本体先端部１０ａと挿入軸１２の頭部１２ａとの間に挟持され、駆動軸１２ｂのまわりに位置する。弾性体１４の中心貫通孔の内径は駆動軸１２ｂに隙間なく嵌り、弾性体１４の外径は伝熱管２の内径に隙間をもって嵌る形状に設定されている。

【0023】

直動アクチュエータ１６は、油圧、空圧、又は油空圧の直動装置であり、駆動軸１２ｂを軸方向に駆動する。

【0024】

上述した構成により、弾性体１４の中心貫通孔に駆動軸１２ｂが通り、本体先端部１０ａと挿入軸１２の頭部１２ａの間に弾性体１４が軸方向に挟まれた状態で駆動軸１２ｂを直動アクチュエータ１６に固定することができる。
この状態で、直動アクチュエータ１６を図で左方向に駆動（後退）することにより、本体先端部１０ａと挿入軸１２の頭部１２ａとの間に弾性体１４を挟持したまま、弾性体１４を軸方向に圧縮することができる。

【0025】

図２において、拡管駆動装置１０は、直動アクチュエータ１６の作動をＯＮ／ＯＦＦする拡管スイッチ１７を有している。拡管スイッチ１７がＯＦＦ（切断）の場合、直動アクチュエータ１６は挿入軸１２を図で右方向の所定位置に前進して非作動状態になり、拡管スイッチ１７をＯＮ（接続）すると、直動アクチュエータ１６が図で左方向に挿入軸１２を駆動（後退）する作動状態に切り替わる。
拡管スイッチ１７は、作業員が手動で操作する手動スイッチでも、ロボット等の自動で操作する遠隔スイッチでもよい。

【0026】

拡管駆動装置１０の非作動状態において、弾性体１４は本体先端部１０ａと挿入軸１２の頭部１２ａの両方に密着している。しかし、弾性体１４は軸方向には圧縮されていない。
この非作動状態において、弾性体１４の外径は伝熱管２の内径に対して隙間があり、図２に示すように、頭部１２ａ及び弾性体１４を、伝熱管２の内側に軸方向に挿入することができる。

【0027】

拡管スイッチ１７をＯＮし、拡管駆動装置１０を作動状態に切り替えると、駆動軸１２ｂが後方（図で左方向）に強力な力で駆動されて後退する。この後退動作により、本体先端部１０ａに対して挿入軸１２の頭部１２ａが後退するので、その間に位置する弾性体１４が軸方向に圧縮され、その圧縮により弾性体１４の外径が外側に膨らみ、伝熱管２の外面が管孔１ａの内面に密着するまで、伝熱管端部２ａを拡管するようになっている。

【0028】

位置検出センサ１８は、伝熱管２の端面２ｂ（以下、「伝熱管端面２ｂ」）と管板１の表面１ｂ（以下、「管板表面１ｂ」）との伝熱管２の軸方向間隔が予め設定された範囲にあるときに正常信号Ａを出力する。
この「予め設定された範囲」すなわち許容範囲は、例えば、伝熱管端面２ｂが管板表面１ｂから突出せず、かつ管板表面１ｂからの凹み深さが０．１ｍｍ以内である。なお、本発明は、この範囲に限定されず、許容範囲を任意に設定することができる。

【0029】

インターロック回路２０は、位置検出センサ１８から正常信号Ａが出力されたときにのみ、拡管駆動装置１０による伝熱管端部２ａの拡管を可能にする。
この例で、インターロック回路２０は、拡管駆動装置１０の拡管スイッチ１７と直列に接続された電気接点２１ａ、２１ｂを有する。この電気接点２１ａ、２１ｂは、正常信号Ａが出力されたときにのみ、ＯＦＦ（切断）からＯＮ（接続）に切り替わる接点である。
電気接点２１ａは、拡管スイッチ１７と直列に接続されており、正常信号Ａが出力され、電気接点２１ａがＯＮ（接続）に切り替わったときのみ、拡管スイッチ１７をＯＮ（接続）することで、拡管駆動装置１０を作動状態に切り替えるリレーＭがＯＮ（接続）し、拡管駆動装置１０を作動状態に切り替えることができるようになっている。
電気接点２１ｂは、正常位置を示す表示ランプＬと直列に接続されており、正常信号Ａが出力され、正常な状態を表示するようになっている。

【0030】

図３は、図２の主要部拡大図である。
この図において、位置検出センサ１８は、本体先端部１０ａの前方端（図で右端）に取り付けられた内側電極１９ａ及び外側電極１９ｂを有する。

【0031】

内側電極１９ａと外側電極１９ｂは、互いに電気的に絶縁されている。この例において、内側電極１９ａと外側電極１９ｂの一方又は両方の外表面に絶縁膜がコーティングされている。なお、絶縁膜の代わりに、絶縁材を介在させてもよい。

【0032】

図３において、内側電極１９ａは、伝熱管端面２ｂに対向する第１接触面２２ａを有し、外側電極１９ｂは、管板表面１ｂに対向する第２接触面２２ｂを有する。管板１と伝熱管端部２ａの隙間は小さくその一部で接触しているので、伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂは、常時電気的に導通している。
位置検出センサ１８は、伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂとの軸方向間隔が予め設定された範囲にあるときに、第１接触面２２ａと第２接触面２２ｂがそれぞれ伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂに接触すると、内側電極１９ａと外側電極１９ｂが伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂを介して導通し、正常信号Ａを出力するようになっている。

【0033】

図２において、拡管装置は、さらに、本体先端部１０ａの後方端部に取り付けられ、内側電極１９ａ及び外側電極１９ｂの外側を囲む絶縁カバー２４を有する。
絶縁カバー２４は、電気的絶縁性を有する材料、例えばナイロン又はプラスチックで構成され、内側電極１９ａ及び外側電極１９ｂが外部の導電体と接触しないようになっている。

【0034】

図４は、図２の拡管装置の作動説明図である。この図において、（Ａ）は作動前、（Ｂ）は作動中、（Ｃ）は作動後である。

【0035】

図２の拡管装置は、以下のように作動する。
（１）拡管駆動装置１０の作動前（非作動状態）は、駆動軸１２ｂは前方（図で右方向）の所定位置に前進している。この状態において、弾性体１４の中心貫通孔に駆動軸１２ｂが通り、本体先端部１０ａと挿入軸１２の頭部１２ａの間に弾性体１４が挟まれた状態で駆動軸１２ｂが拡管駆動装置１０に固定されている。
この状態において、弾性体１４は本体先端部１０ａと頭部１２ａの両方に密着しているが軸方向には圧縮されていない。
従って、弾性体１４の外径は伝熱管２の内径に対して隙間があり、図４（Ａ）に示すように、頭部１２ａ及び弾性体１４を、伝熱管２の内側に軸方向に挿入することができる。

【0036】

（２）次いで、本体先端部１０ａを管板表面１ｂ（図で左面）に押し当てると、本体先端部１０ａに取り付けられた内側電極１９ａ及び外側電極１９ｂがそれぞれ対向する伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂに向かって移動する。

【0037】

伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂとの軸方向間隔が予め設定された範囲（許容範囲）にあるときには、この移動により、内側電極１９ａ及び外側電極１９ｂがそれぞれ対向する伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂに当接し、第１接触面２２ａと第２接触面２２ｂがそれぞれ伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂに接触して正常信号Ａを出力する。
正常信号Ａが出力されると、正常位置を示す表示ランプＬが点灯すると共に、拡管駆動装置１０が作動可能となる。

【0038】

この状態で、拡管駆動装置１０を作動させる（拡管スイッチ１７をＯＮする）と、図４（Ｂ）に示すように、駆動軸１２ｂが後方（図で左方向）に強力な力で駆動して後退する。この後退動作により、本体先端部１０ａに対して頭部１２ａが後退するので、その間に位置する弾性体１４が軸方向に圧縮され、その圧縮により弾性体１４の外径が外側に膨らみ、伝熱管２の外面が管孔１ａの内面に密着するまで、伝熱管端部２ａを拡管する。

【0039】

伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂとの軸方向間隔が予め設定された範囲（許容範囲）にないときには、本体先端部１０ａを管板表面１ｂ（図で左面）に押し当てても、第１接触面２２ａ又は第２接触面２２ｂがそれぞれ伝熱管端面２ｂ又は管板表面１ｂに接触しないため正常信号Ａは出力されない。
この場合、正常位置を示す表示ランプＬは点灯せず、拡管駆動装置１０は作動可能とならない。
従って、この状態で、拡管駆動装置１０の拡管スイッチ１７をＯＮしても、拡管駆動装置１０は作動せず、伝熱管端部２ａを誤って拡管することを未然に防止することができる。

【0040】

（３）伝熱管端部２ａを拡管後に、拡管スイッチ１７をＯＦＦして拡管駆動装置１０の作動をやめると、駆動軸１２ｂが前方（図で右方向）に前進し、弾性体１４が弾性力により元の直径に戻り、伝熱管２から頭部１２ａ及び弾性体１４を引き抜くことができ、拡管工程が完了する。
この際、伝熱管２は金属であり、伝熱管端部２ａは拡管により塑性変形して管孔１ａの内面に密着したままとなる。

【0041】

伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂとの軸方向間隔が予め設定された範囲（許容範囲）にないときには、拡管駆動装置１０の拡管スイッチ１７をＯＮしても、拡管駆動装置１０は作動しないので、そのまま伝熱管２から頭部１２ａ及び弾性体１４を引き抜くことができる。
この場合は、伝熱管端部２ａは拡管されていないので、伝熱管端部２ａを再度正確に位置決めした後、拡管することができる。

【0042】

正常な拡管工程後に、伝熱管端部２ａと管孔１ａの内面との接合部は、シール溶接により接合される。このシール溶接により、伝熱管２と管板１とが強固かつ気密に接合される。

【0043】

上述した本発明の構成によれば、位置検出センサ１８により、伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂとの軸方向間隔が予め設定された範囲にあるときに正常信号Ａを出力し、インターロック回路２０により、正常信号Ａが出力されたときにのみ、拡管駆動装置１０による伝熱管端部２ａの拡管が可能になる。従って、伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂとを実質的に同一平面に保持したまま伝熱管端部２ａを拡管することができ、その許容範囲を超える場合に伝熱管端部２ａの拡管を未然に防止することができる。

【0044】

すなわち、本発明の拡管装置により、以下の効果が得られる。
伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂとの軸方向間隔が予め設定された範囲にあること、言い換えれば正確な挿入状態を、正常信号Ａのランプ表示等により確認できる。
位置検出センサ１８により、伝熱管端面２ｂと管板表面１ｂとの軸方向間隔が予め設定された範囲（許容範囲）を超えるときは、インターロック回路２０により拡管駆動装置１０による伝熱管端部２ａの拡管を未然に防止することができる。

【0045】

なお、拡管駆動装置１０は、上述した実施形態に限定されず、伝熱管端部２ａを拡管可能なその他の拡管装置であってもよい。
また、本発明の拡管装置は、ロボット等で用いる自動ツールであっても、作業者が手動で用いる手動ツールであってもよい。
自動ツールの場合、上述した拡管駆動装置１０の伝熱管２への挿入動作、伝熱管２からの引抜動作、及び拡管スイッチ１７のＯＮ／ＯＦＦは、ロボット等の自動装置により実施することができる。

【0046】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

【符号の説明】

【0047】

１ 管板、１ａ 管孔、１ｂ 管板表面、
２ 伝熱管、２ａ 伝熱管端部、２ｂ 伝熱管端面、
３ 拡管装置、３ａ 本体先端部、
４ 挿入軸、４ａ 頭部、４ｂ 駆動軸、
５ 弾性体、１０ 拡管駆動装置、
１２ 挿入軸、１２ａ 頭部、１２ｂ 駆動軸、
１４ 弾性体、１６ 直動アクチュエータ、
１７ 拡管スイッチ、１８ 位置検出センサ、
１９ａ 内側電極、１９ｂ 外側電極、
２０ インターロック回路、２１ａ、２１ｂ 電気接点、
２２ａ 第１接触面点、２２ｂ 第２接触面、
２４ 絶縁カバー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】