JP2008080378A - Mandrel seal structure for hydraulic expansion equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】小型軽量化を図り作業性を向上させ、かつ、シール部の耐久性を確保する。
【解決手段】超高圧液を封入して拡管成形をするマンドレルシール部を有する液圧拡管成形装置のマンドレルシール構造であって、マンドレルシール部は、マンドレル1aの外周部に装着され超高圧室を形成する封入手段(2)と、この封入手段をマンドレル1aの軸方向に保持するように超高圧室の少なくとも一方の側に配置された環状の可動式リング部材4と、を備え、可動式リング部材4は、くさび形状部42aを有する固定リング42と、くさび形状部42aに適合するように内径が端面側に向けて拡径されたテーパ形状凹部41aを有し、径方向に拡張可能なすり割部41bが設けられた拡張リング41と、を備え、すり割部41dには、拡張リング41の外周面から内周面まで一の端面から他の端面に渡って拡張リング41の軸方向に対して交差する方向に沿ってすり割面を形成する。
【選択図】図2[PROBLEMS] To improve workability by reducing the size and weight and to ensure the durability of a seal portion.
A mandrel seal structure of a hydraulic pressure expansion molding apparatus having a mandrel seal portion for enlarging and molding an ultrahigh pressure liquid, the mandrel seal portion being attached to an outer peripheral portion of a mandrel 1a. An enclosing means (2) to be formed, and an annular movable ring member 4 disposed on at least one side of the ultrahigh pressure chamber so as to hold the enclosing means in the axial direction of the mandrel 1a. The member 4 includes a fixing ring 42 having a wedge-shaped portion 42a, and a tapered concave portion 41a whose inner diameter is increased toward the end face so as to fit the wedge-shaped portion 42a, and is a radially expandable slide. An expansion ring 41 provided with a split portion 41b, and the slit portion 41d includes a shaft of the expansion ring 41 extending from one end surface to the other end surface from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the expansion ring 41. Along a direction crossing the direction to form the slitting plane.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は液圧拡管成形装置のマンドレルシール構造に関し、特に、シール部の耐久性を向上させる液圧拡管成形装置のマンドレルシール構造に関する。 The present invention relates to a mandrel seal structure of a hydraulic tube forming apparatus, and more particularly to a mandrel seal structure of a hydraulic tube forming apparatus that improves the durability of a seal portion.
現在、熱交換器、コンデンサ等の管と管板とを接合する方法としてローラ拡管法、液圧拡管法、シール溶接法、爆発拡管法等が用いられている。その中でも、数千気圧の液圧を用いて直接拡管する液圧拡管法は、液圧のエネルギーを利用した正確強固な拡管でクリーンな環境での作業が可能であり多方面で利用されている。ローラ拡管法では転圧により管内径に剥離(フレーキング)が発生する場合があるが、液圧拡管法では管の内面に均一な液圧を与えて拡管するため、接触圧力を精度よく管理することができ、信頼性の高い拡管が可能である。 Currently, a roller expansion method, a hydraulic expansion method, a seal welding method, an explosion tube expansion method, and the like are used as a method for joining tubes such as heat exchangers and condensers to a tube plate. Among them, the hydraulic expansion method, which expands directly using a fluid pressure of several thousand atmospheres, is capable of working in a clean environment with accurate and strong expansion using the energy of hydraulic pressure, and is used in many fields. . In the roller tube expansion method, peeling (flaking) may occur on the inner diameter of the tube due to rolling pressure, but in the liquid pressure tube expansion method, uniform pressure is applied to the inner surface of the tube to expand the tube, so the contact pressure is managed accurately. Can be expanded with high reliability.
従来、液圧拡管装置のマンドレルシール構造として、例えば、エキスパンションリングにすり割部を設けたものが知られている。このタイプのマンドレルシール構造100について、図8と図9を参照しながら説明する。
図8(a)は従来のマンドレルシール構造を示す半断面図であり、(b)は(a)のエキスパンションリングの構成を示す断面図、(c)はその側面図であり、(d)は分割タイプのエキスパンションリングの構成を示す断面図、(e)はその側面図である。図9(a)は拡管時の作用を説明するための要部断面図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。
Conventionally, as a mandrel seal structure of a hydraulic pressure expanding device, for example, an expansion ring provided with a slit is known. This type of
FIG. 8A is a half sectional view showing a conventional mandrel seal structure, FIG. 8B is a sectional view showing the configuration of the expansion ring in FIG. 8A, FIG. 8C is a side view thereof, and FIG. Sectional drawing which shows the structure of a division | segmentation type expansion ring, (e) is the side view. Fig.9 (a) is principal part sectional drawing for demonstrating the effect | action at the time of pipe expansion, (b) is the elements on larger scale of (a).
このタイプのマンドレルシール構造100は、図8(a)に示すように、超高圧液が導入されるマンドレル100aと、超高圧液を封入するOリング120と、このOリング120を保持するバックアップリング130と、エキスパンション機構を構成するくさび形状リング142およびエキスパンションリング141と、を備えて構成されている。
そして、エキスパンションリング141には、図8(b)に示すように、エキスパンションリング141の軸方向に沿って端面から中央部付近まですり割が形成されている。
As shown in FIG. 8A, this type of
In the
かかる構成により、超高圧液が供給されると、図9(b)に示すように、液圧により、Oリング120およびバックアップリング130を介して、くさび形状リング142のくさび形状部142aがエキスパンションリング141のテーパ形状部141aに入り込むように軸方向に移動することで、エキスパンションリング141が径方向に拡張(拡径)され、拡管成形が行なわれる。そして、拡管成形後、エキスパンションリング141は弾性的に縮径されてマンドレルを管から引き抜きやすいように構成されている。
With this configuration, when an ultra-high pressure liquid is supplied, the wedge-
また、すり割部の形状は、図8(a)に示したものの他に種々のタイプがあり、例えば、エキスパンションリング141の両側の端面から中央部に向かってそれぞれすり割を設けたものがある(特許文献1)。
さらに、図8(e)に示すように、エキスパンションリング150をすり割部150aで完全に分割して外周面にゴムベルトやクリップ等の保持部材160を設けて、その付勢力で弾性的に保持したタイプがある。
Further, as shown in FIG. 8 (e), the
しかしながら、従来のマンドレルシール構造においては、エキスパンションリング141が拡径されると、構造上すり割部141bに形成された隙間も大きくなる。この状態で数千気圧の液圧が作用すると、図9(b)に示すように、ウレタンゴム等の弾性部材で構成されたバックアップリング130は、Oリング120を介して押圧されると径方向に膨張して、くさび形状リング142を乗り越えて、さらにエキスパンションリング141のすり割部141b(図8(a)参照)に進入する場合がある(矢印の方向)。
このため、バックアップリングがエキスパンションリングのすり割部141bに噛み込んで、バックアップリングの損傷を招き、寿命に悪影響を及ぼすという問題があった。
However, in the conventional mandrel seal structure, when the diameter of the
For this reason, there is a problem that the backup ring bites into the
また、図8(a)に示すエキスパンションリング141は、すり割部により、戻り方向に弾性力を発生させる必要があるため、軸方向の長さを長くして径方向の弾性力を確保していた。このため、マンドレル自体の長さも長くなり、装置が大型化し作業性が悪化してしまうという問題があった。一方、図8(d)に示す分割タイプのエキスパンションリングでは、構成が複雑になり部品点数も多くなるという問題があった。
Further, since the
そこで、本発明は、前記した問題点を解決すべく、簡易な構成で小型軽量化を図り作業性を向上させ、しかも、シール部の耐久性を確保した液圧拡管成形装置のマンドレルシール構造を提供することを課題とする。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a mandrel seal structure for a hydraulic expansion molding apparatus that improves the workability by reducing the size and weight with a simple configuration and ensuring the durability of the seal portion. The issue is to provide.
前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、ワークとの間で超高圧液を封入して拡管成形をするマンドレルシール部と、このマンドレルシール部に前記超高圧液を注入する拡管ツール部と、この拡管ツール部に前記超高圧液を供給する本体部と、を有する液圧拡管成形装置の前記マンドレルシール部におけるマンドレルシール構造であって、前記マンドレルシール部は、前記拡管ツール部に連結され、前記超高圧液が導入されるマンドレルと、このマンドレルの外周部に装着され、前記ワークと前記マンドレルとの間で前記超高圧液を封入して超高圧室を形成する封入手段と、この封入手段を前記マンドレルの軸方向に保持するように前記超高圧室の少なくとも一方の側に配置され、前記マンドレルに外嵌された環状の可動式リング部材と、を備え、この可動式リング部材は、外径が端面側に向けて縮径されたくさび形状部を有する固定リングと、前記くさび形状部に適合するように内径が端面側に向けて拡径されたテーパ形状凹部を有し、前記超高圧液の液圧により前記くさび形状部が前記テーパ形状凹部に押圧されて径方向に拡張可能なすり割部が設けられた拡張リングと、を備え、前記すり割部には、前記拡張リングの外周面から内周面まで一の端面から他の端面に渡って前記拡張リングの軸方向に対して交差する方向に沿ってすり割面が形成されていること、を特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
なお、「超高圧」とは、拡管成形に必要な圧力をいい、管のサイズや形状にもよるが、一般的には、数千気圧の圧力を意味する。 The “ultra-high pressure” means a pressure necessary for tube expansion molding, and generally means a pressure of several thousand atmospheres, although it depends on the size and shape of the tube.
このように、本発明は、拡張リングの外周面から内周面まで一の端面から他の端面に渡って、拡張リングの軸方向に対して交差する方向に沿ってすり割面を形成したことで、拡張リングが径方向に拡張(拡径)された際に、すり割部に隙間ができないようにしている。
すなわち、超高圧液の液圧により、固定リングのくさび形状部に拡張リングのテーパ形状凹部が押圧された状態で、拡張リングが径方向に拡張(拡径)される。このとき、拡張リングには超高圧液の液圧が軸方向に作用するため、すり割面が互いに当接し重なり合う方向に押圧されて変形することで、すり割面に隙間ができないようにしている。
Thus, in the present invention, the slit surface is formed along the direction intersecting the axial direction of the expansion ring from one end surface to the other end surface from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the expansion ring. Thus, when the expansion ring is expanded (expanded) in the radial direction, no gap is formed in the slit portion.
That is, the expansion ring is expanded (expanded) in the radial direction by the pressure of the ultrahigh pressure liquid in a state where the tapered recess of the expansion ring is pressed against the wedge-shaped portion of the fixing ring. At this time, since the hydraulic pressure of the ultra-high pressure liquid acts on the expansion ring in the axial direction, the slit surfaces are pressed against each other and deformed so that there is no gap in the slit surface. .
これにより、可動式リング部材の周囲に配置された他のシール部材が、すり割部に挟まれたり、噛み込んだりすることを防止し、シール部材の損傷を回避することが可能である。したがって、シール部材の損傷による液圧拡管成形装置の寿命の低下を防止することができる。 As a result, it is possible to prevent other seal members arranged around the movable ring member from being sandwiched or bitten by the slit portion and to avoid damage to the seal member. Accordingly, it is possible to prevent the life of the hydraulic expansion tube forming apparatus from being reduced due to damage to the seal member.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のマンドレルシール構造であって、前記すり割部は、前記拡張リングの円周方向で1か所に設けられていること、を特徴とする。
かかる構成によれば、すり割部を拡張リングの円周方向で1か所に設けたことで、拡張リングが拡径されても分離されないので、別途拡張リングの保持部材を設ける必要がなく、部品点数を削減して、構成を簡素化することができる。
また、超高圧液の液圧により、固定リングのくさび形状部に拡張リングのテーパ形状凹部が押圧された状態で、拡張リングが径方向に拡張(拡径)されると、拡張リングには弾性変形による弾性力(復元力)が発生する。そして、この復元力は、拡張リングの周方向(接線方向)に作用するため、拡張リングの軸方向の長さを短くすることができる。
The invention according to
According to such a configuration, since the slit portion is provided in one place in the circumferential direction of the expansion ring, it is not separated even if the expansion ring is expanded, so there is no need to separately provide a holding member for the expansion ring, The configuration can be simplified by reducing the number of parts.
Also, when the expansion ring is expanded (expanded) in the radial direction while the taper-shaped recess of the expansion ring is pressed against the wedge-shaped portion of the fixing ring by the hydraulic pressure of the ultrahigh pressure liquid, the expansion ring is elastic. Elastic force (restoring force) due to deformation is generated. And since this restoring force acts in the circumferential direction (tangential direction) of the expansion ring, the axial length of the expansion ring can be shortened.
請求項3に係る発明は、請求項1に記載のマンドレルシール構造であって、前記すり割部は、前記拡張リングの円周方向で少なくとも2か所に設けられ、前記拡張リングの外周部には、この拡張リングの中心方向へ付勢する保持部材が設けられていること、を特徴とする。
かかる構成によれば、すり割部を拡張リングの円周方向で少なくとも2か所に設けたことで、拡張リングを径方向に放射状に拡径することができるため、拡張リングの外周面における密着性および成形性(例えば、真円度)を向上させることができる。
The invention according to
According to such a configuration, since the slits are provided in at least two locations in the circumferential direction of the expansion ring, the expansion ring can be radially expanded in the radial direction. And moldability (for example, roundness) can be improved.
請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のマンドレルシール構造であって、前記封入手段は、前記マンドレルに外嵌されたシール部材であり、このシール部材が前記ワークと前記マンドレルとの間に介装されることで、前記超高圧液が封入されるように構成されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、マンドレルにOリング等のシール部材を外嵌してワークとマンドレルとの間に超高圧室を形成するため、構成が簡素で装置のコンパクト化を図ることができる。
The invention according to claim 4 is the mandrel seal structure according to any one of
According to such a configuration, a sealing member such as an O-ring is fitted on the mandrel to form the ultrahigh pressure chamber between the work and the mandrel, so that the configuration is simple and the apparatus can be made compact.
請求項5に係る発明は、請求項4に記載のマンドレルシール構造であって、前記封入部材は、袋状のゴム部材であること、を特徴とする。
かかる構成によれば、超高圧室を形成する封入部材を袋状のゴム部材としたことで、超高圧液が外へ漏れ出すことを防止することができ、装置の取り扱いも容易である。
The invention according to
According to such a configuration, since the enclosing member forming the ultrahigh pressure chamber is a bag-like rubber member, it is possible to prevent the ultrahigh pressure liquid from leaking to the outside, and the apparatus is easy to handle.
請求項6に係る発明は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のマンドレルシール構造であって、前記封入手段と前記可動リング部材の間に弾性部材からなるバックアップリングを介在させて配置し、前記可動リング部材は、前記バックアップリング側に拡張リングを配置し、この拡張リングの前記バックアップリング側の端面に、この端面側に向けて拡径されたテーパ形状を有する拡径凹部を設けたこと、を特徴とする。
かかる構成によれば、テーパ形状を有する拡径凹部の形状に倣ってバックアップリングが拡張リング側に湾曲するように変形させることで、拡張リングを固定リング側に均等に押圧することができる。
The invention according to claim 6 is the mandrel seal structure according to any one of
According to such a configuration, the expansion ring can be evenly pressed toward the fixed ring side by deforming the backup ring so as to curve toward the expansion ring side following the shape of the diameter-enlarged recess having a tapered shape.
本発明に係る液圧拡管成形装置のマンドレルシール構造によれば、簡易な構成で小型軽量化を図り作業性を向上させ、しかも、シール部の耐久性を確保した液圧拡管成形装置のマンドレルシール構造を提供することができる。 According to the mandrel seal structure of the liquid pressure expansion molding apparatus according to the present invention, the mandrel seal of the liquid pressure expansion molding apparatus that has a simple configuration, is reduced in size and weight, improves workability, and ensures the durability of the seal portion. Structure can be provided.
本発明の第1実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
参照する図面において、図1は本発明の第1実施形態に係る液圧拡管成形装置の全体構成を説明するための斜視図であり、図2はマンドレルシール部の構成を示す半断面図であり、図3はマンドレルシール部の分解斜視図である。
A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a perspective view for explaining the overall configuration of the hydraulic expansion apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a half sectional view showing the configuration of a mandrel seal portion. FIG. 3 is an exploded perspective view of the mandrel seal portion.
本発明の第1実施形態に係る液圧拡管成形装置11のマンドレルシール部10におけるマンドレルシール構造は、図1に示すように、ワークである管W1(図6参照)との間で超高圧液を封入して拡管成形をするマンドレルシール部10と、このマンドレルシール部10に超高圧液を注入する拡管ツール部12と、この拡管ツール部12に超高圧液を供給する本体部13と、を有する液圧拡管成形装置11のマンドレルシール部10におけるマンドレルシール構造1(図2参照)である。
マンドレルシール部10は拡管ツール部12に装着され、本体部13から超高圧チューブ13aを通して超高圧液が供給される。また、拡管ツール部12と本体部13とは、制御用の油圧チューブ13bおよび減圧用の排水チューブ13cで連結されている。
As shown in FIG. 1, the mandrel seal structure in the
The
マンドレルシール部10は、液圧拡管成形装置11のアタッチメントとして装着される。マンドレルシール部10は、拡管加工をする管W1の中へ挿入し、超高圧液を封入して超高圧室Pを形成し、この超高圧室Pの圧力で管W1を拡管成形し、管W1と管板W2とを接合する(図6参照)。マンドレルシール部10においては、管の材質、寸法、拡管圧力等、拡管条件に合わせて、いろいろなシール方法が用いられる。
The
本発明の第1実施形態に係るマンドレルシール部10におけるマンドレルシール構造1について、図2を参照しながら説明する。
マンドレルシール構造1は、図2に示すように、超高圧液が導入されるマンドレル1aと、このマンドレル1aの外周部に装着され、ワークである管W1とマンドレル1aとの間で超高圧液を封入して超高圧室P(図6参照)を形成する封入手段であるOリング2およびバックアップリング3と、このOリング2およびバックアップリング3をマンドレル1aの軸方向に保持するように配置された拡張リング41および固定リング42と、を備えて構成されている。そして、拡張リング41には、軸方向に対して交差する方向に沿ってすり割部41bが形成されている。
The
As shown in FIG. 2, the
また、超高圧室P(図6参照)には、Oリング2等のシール部材の位置を調整し、超高圧室Pの軸方向の長さを調整するスペーサ5が設けられている。
そして、マンドレル1aの後側(本図における右側)には、拡管ツール部12(図1)に連結されるヘッドアダプタ1bと、拡管位置を調整するためのカラー1cと、が装着されている。一方、マンドレル1aの前側(本図における左側)には、ナット1dが螺着されている。
Further, the ultrahigh pressure chamber P (see FIG. 6) is provided with a
A
ここで、本第1実施形態においては、図2に示すように、マンドレル1aの軸方向に対して、超高圧室P(図6)からみて、Oリング2、バックアップリング3、拡張リング41、および固定リング42は、左右対称の構成としているため、原則として、マンドレル1aの前側の構成部材について説明し、後側の構成部材についての説明は省略する。
また、以下の説明において、マンドレル1aの軸方向に対して、超高圧室P(図6)から見て前側または後側へ遠くなる方向を外側、超高圧室P側へ近付く方向を内側と表現する場合がある。
Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, with respect to the axial direction of the
Further, in the following description, with respect to the axial direction of the
マンドレル1aには、図2に示すように、丸棒形状で拡管ツール部12(図1)側の端面(本図における右側の端面)から超高圧室P(図6)まで連通する超高圧液の流路L1が軸方向に沿ってマンドレル1aの中央部まで形成され、マンドレル1aの中央部から超高圧室Pまで放射状に連通する連通孔L2が4本設けられている。
なお、本実施形態においては、連通孔L2を4本としたが、これに限定されるものではなく、連通孔L2の本数は、マンドレル1aの径、超高圧室Pの容積、および拡管長等の仕様を考慮して1本以上の最適な本数が設定される。
As shown in FIG. 2, the
In the present embodiment, the number of communication holes L2 is four. However, the number of the communication holes L2 is not limited to this, and the number of communication holes L2 is the diameter of the
超高圧室Pは、ワークである管W1の内周面と、マンドレル1aの外周面と、両側に配置されたOリング2と、の間に形成され(図6参照)、Oリング2はさらにバックアップリング3で保持されている。
Oリング2は、図3に示すように、断面がO形のゴム製のシール部材であるが、これに限定されるものではなく、いわゆるUパッキン等を使用することもできる。Oリング2は、超高圧液の導入時の比較的液圧が低い時点の初期のシール性を確保するために設けられている。
The ultra-high pressure chamber P is formed between the inner peripheral surface of the pipe W1, which is a workpiece, the outer peripheral surface of the
As shown in FIG. 3, the O-
バックアップリング3は、リング状の円板形状を備え、ウレタンゴム等の弾性部材で構成されている。バックアップリング3は、拡管成形時の液圧が高い時点のシール性を確保するために設けられている。
The
なお、本第1実施形態においては、バックアップリング3を設けてシール性を高めているが、これに限定されるものではなく、例えば、後記するチューブタイプ(図7参照)のように別途シール性が確保されれば必ずしもバックアップリング3を設けなくてもよい。
また、本実施形態においては、バックアップリング3の材質としてウレタンゴムを使用したが、これに限定されるものではなく、気密性、拡張性、および耐久性等を考慮して、ゴムメタル、硬質ゴム、ナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂、テフロン(登録商標)、その他の樹脂材料等が適宜選定される。
In the first embodiment, the
Further, in the present embodiment, urethane rubber is used as the material of the
続いて、可動式リング部材4である拡張リング41と固定リング42の構成について、主として図4を参照しながら説明する。図4は拡張リングの形態を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は斜視図を示し、(d)は拡張リングの作用を説明するための模式的な側面図である。
拡張リング41と固定リング42は、図2に示すように、拡張リング41が内側(超高圧室Pに近い側)に配置され、固定リング42が外側(超高圧室Pから見て遠い側)に配置されている。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
拡張リング41は、図4に示すように、リング状の円板形状を備えている。拡張リング41の固定リング42側の端面には、固定リング42(図2参照)に接する端面側に向けて内径が拡径されたテーパ形状凹部41aを有し、超高圧液の液圧によりテーパ形状凹部41aに固定リング42のくさび形状部42a(図2参照)が押圧されて径方向に拡張可能にすり割部41bが設けられている。
As shown in FIG. 4, the
また、拡張リング41のバックアップリング3側の端面には、図2に示すように、この端面側に向けて拡径されたテーパ形状を有する拡径凹部41cを設けて構成されている。
かかる構成により、テーパ形状を有する拡径凹部41cの形状に倣ってバックアップリング3を拡張リング41側に湾曲するように変形させることで、拡張リング41を固定リング42側に均等に押圧することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the end surface on the
With this configuration, the
すり割部41bには、図4(a)に示すように、拡張リング41の円周方向に対し1か所で、外周面から内周面まで、かつ、図4(b)に示すように、後側の端面41eから前側の端面41fに渡って、拡張リング41の軸方向CLに対して側面視で交差する方向に沿ってすり割面41d(図4(d))が形成されている。
As shown in FIG. 4 (a), the
ここで、本発明に係る拡張リングにおける他の実施例について、図5を参照しながら説明する。図5は拡張リングの他の実施例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B断面図、(c)は斜視図を示す。
本実施例に係る拡張リング41′は、拡張リング41′の円周方向で2か所にすり割部41b′,41b′が設けられている点で、前記した第1実施形態における1か所にすり割部41bが設けられた拡張リング41と相違する。このため、本実施例における拡張リング41′は、半割リング41A′と半割リング41B′とに分割して構成されている。
Here, another embodiment of the expansion ring according to the present invention will be described with reference to FIG. FIGS. 5A and 5B are views showing another embodiment of the expansion ring, in which FIG. 5A is a plan view, FIG. 5B is a sectional view taken along line BB in FIG. 5A, and FIG.
The
そして、拡張リング41′の外周部には、リング溝41g′が形成され(図5(b)参照)、このリング溝41g′に拡張リング41′の中心方向へ付勢するスナップリング41h′が嵌め込まれている(図5(c)参照)。
かかる構成により、スナップリング41h′を設けることで,拡張リング41′が径方向に拡がるように拡径されると、拡張リング41′を縮径する方向に付勢力が作用する。
A
With this configuration, by providing the
固定リング42は、図2に示すように、リング状の円板形状を備え、拡張リング41に接する端面に向けて外径が縮径されたくさび形状部42aが形成されている。そして、拡張リング41のテーパ形状凹部41a(図2参照)と固定リング42のくさび形状部42aが適合し、密着した状態で係合されている。
As shown in FIG. 2, the fixing
なお、拡張リング41のテーパ形状凹部41aと固定リング42のくさび形状部42aが形成する傾斜角θを適宜設定することで、拡張リング41の拡径方向の押圧力およびストロークを調整することができる。このため、ワークである管W1のサイズや管板W2との隙間(拡径ストローク)等の諸条件に応じて、この傾斜角θを設定することで、最適な拡管成形条件を得ることができる。
In addition, by appropriately setting the inclination angle θ formed by the tapered
スペーサ5は、図2に示すように、マンドレル1aの外周面に外嵌される円筒形状を備え、超高圧室P(図6)内に配設されている。スペーサ5は、マンドレル1aに導入された超高圧液を超高圧室P内に迅速に充満させるために、スペーサ5の内周面にはリング溝5aが形成されている。そして、このリング溝5aからスペーサ5の外周面まで貫通する貫通孔5bが径方向に放射状に形成され、この貫通孔5bから超高圧室Pに超高圧液が吐出される。
As shown in FIG. 2, the
続いて、本発明の第1実施形態に係るマンドレルシール構造1の動作について、図6を参照しながら説明する。図6は本発明の第1実施形態に係るマンドレルシール構造1の動作を説明するための拡管成形時の様子を示す要部断面図である。
Next, the operation of the
なお、以下の説明において、前記したように、超高圧室Pからみて、Oリング2、バックアップリング3、拡張リング41、および固定リング42は、左右対称の構成としているため、マンドレル1aの前側の構成部材を対象として、その動作(作用)を説明するが、後側の構成部材も同様であるので説明は省略する。
In the following description, as described above, since the O-
マンドレルシール部10(図2)は、拡管する熱交換器等の管W1に挿入した状態で、マンドレル1aに超高圧液が供給されて、拡管作業が開始される。
マンドレル1aから超高圧室Pに超高圧液が注入されると、最初にOリング2が変形して管W1の内周面をシールし、マンドレル1aの軸方向に対して外側(超高圧室Pから見て遠い側)に押圧力が作用する。その後、超高圧室P内がさらに増圧されると、バックアップリング3がマンドレル1aの軸方向に圧縮されて変形し、その分、径方向には拡径されて、管W1の内周面のシール性を確保する。
The mandrel seal portion 10 (FIG. 2) is inserted into a tube W1 such as a heat exchanger to be expanded, and an ultrahigh pressure liquid is supplied to the
When the ultrahigh pressure liquid is injected from the
このようにして、次第に増圧された超高圧室Pの圧力は、Oリング2およびバックアップリング3を介して拡張リング41に伝達される。拡張リング41が、超高圧液の液圧により、マンドレル1aの軸方向の外側(超高圧室Pから見て遠い側)に押圧されると、固定リング42がナット1d(図2)に突き当てられて軸方向に移動できないため、固定リング42のくさび形状部42aに拡張リング41のテーパ形状凹部41aが押圧された状態で、拡張リング41が径方向に拡張(拡径)される。
このとき、拡張リング41には超高圧液の液圧が軸方向に作用するため、すり割面41d(図4(d)参照)が互いに当接し重なり合う方向に押圧されて変形することで、すり割面41dに隙間ができないようにしている。
In this way, the pressure in the ultrahigh pressure chamber P that is gradually increased is transmitted to the
At this time, since the hydraulic pressure of the ultrahigh pressure liquid acts on the
これにより、可動式リング部材4(図2)、すなわち拡張リング41および固定リング42の周囲に配置されたバックアップリング3等の他のシール部材が、すり割部41bに挟まれたり、噛み込んだりすることを防止し、シール部材の損傷を回避することが可能である。したがって、シール部材の損傷による液圧拡管成形装置の寿命の低下を防止することができる。
Accordingly, the movable ring member 4 (FIG. 2), that is, the other seal member such as the
このようにして、超高圧室Pの液圧エネルギーにより、管W1の外径が拡張され、管板穴に接触するようになる。そして、さらに、超高圧室Pの圧力を上昇させていくと、管W1は管板W2に押し付けられ、管板穴が弾性変形される。このとき、管W1は塑性領域まで変形され、超高圧室Pの圧力を解除した後は、管W1と管板W2の間で接触残留応力が生じて強固な固着が行なわれる。
拡管成形の終了後、超高圧室Pが減圧されると、拡張リング41が固定リング42に押圧される押圧力も解除されるため、拡張リングの弾性復元力によって、拡張リング41が縮径されて、マンドレルシール部10を管W1から容易に抜き取ることができる。
In this way, the outer diameter of the tube W1 is expanded by the hydraulic energy of the ultrahigh pressure chamber P, and comes into contact with the tube plate hole. When the pressure in the extra-high pressure chamber P is further increased, the tube W1 is pressed against the tube plate W2, and the tube plate hole is elastically deformed. At this time, the tube W1 is deformed to the plastic region, and after releasing the pressure of the ultrahigh pressure chamber P, a contact residual stress is generated between the tube W1 and the tube plate W2, and strong fixation is performed.
When the ultra-high pressure chamber P is depressurized after the end of the pipe expansion molding, the pressing force that presses the
続いて、本発明の第2実施形態について、図7を参照しながら説明する。図7は本発明の第2実施形態に係るマンドレルシール構造を示す半断面図である。前記した第1実施形態においては、封入手段としてOリング2を使用したが(Oリングタイプ)、第2実施形態においては封入手段として、袋状のゴム部材であるチューブ8を使用したものである(チューブタイプ)。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a half sectional view showing a mandrel seal structure according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, the O-
超高圧液のシール体としてのチューブ8は、図7に示すように、マンドレル1aの外周面に設けられ、マンドレル1aの流路L1に超高圧液が導入され、連通孔L2から吐出される超高圧液がチューブ8内に封入されるように構成されている。したがって、超高圧液(水や油が使用される。)が漏れることがないので、作業環境を汚染する心配がなく、管W1への挿入も容易である。
As shown in FIG. 7, the tube 8 as a seal body of the ultrahigh pressure liquid is provided on the outer peripheral surface of the
第1実施形態に係るOリングタイプの場合には、構成が簡素であるため特に小径管に対して有効であり、第2実施形態に係るチューブタイプの場合には、シール性が高く、管W1と管板W2(図6参照)のクリアランスが大きな拡管であっても幅広く適用できる。
なお、Oリングタイプとチューブタイプでは、Oリング2(図2)とチューブ8(図7)以外の構成要素および動作については、原則として同様であるので説明を省略する。
In the case of the O-ring type according to the first embodiment, the configuration is simple and particularly effective for small-diameter pipes. In the case of the tube type according to the second embodiment, the sealing performance is high, and the pipe W1. Even if the tube plate W2 (see FIG. 6) has a large clearance, it can be widely applied.
In the O-ring type and the tube type, the components and operations other than the O-ring 2 (FIG. 2) and the tube 8 (FIG. 7) are basically the same and will not be described.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態および実施例に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、第1実施形態においては、超高圧室P内にスペーサ5を配設しているが、これに限定されるものではなく、スペーサ5を設けない構成を採用することもできる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to above-described embodiment and Example, It can change suitably and can implement.
For example, in the first embodiment, the
第1実施形態において、拡張リング41′(図5)には、すり割部41b′が円周方向で対向する位置に2か所設けられているが、これに限定されるものではなく、3箇所ないし4箇所以上設けることもできる。
In the first embodiment, the
第1実施形態においては、固定リング42のくさび形状部42aは、固定リング42の全周に渡って設けられ連続的なコーン形状をなしているが、これに限定されるものではなく、周方向の複数箇所で不連続に設けられたものでもよい。
In the first embodiment, the wedge-shaped
第1実施形態においては、拡張リング41と固定リング42の配置に関し、拡張リング41を内側(超高圧室Pに近い側)に配置し、固定リング42を外側(超高圧室Pから見て遠い側)に配置したが、これに限定されるものではなく、固定リング42を内側に配置し、拡張リング41を外側(超高圧室Pから見て遠い側)に配置してもよい。
In the first embodiment, regarding the arrangement of the
第1実施形態において、拡張リング41と固定リング42で構成された可動式リング部材4は、マンドレル1aの軸方向に対して超高圧室Pの両側に対称となるように配置したが、これに限定されるものではなく、可動式リング部材4を一方の側のみに配置し、他方の側には他のタイプの拡張リングや弾性部材で構成することも可能であり、種々の組み合わせが考えられる。
In the first embodiment, the movable ring member 4 constituted by the
1 マンドレルシール構造
2 Oリング(封入手段)
3 バックアップリング
4 可動式リング部材
5 スペーサ
8 チューブ(袋状のゴム部材)
10 マンドレルシール部
11 液圧拡管成形装置
12 拡管ツール部
41,41′ 拡張リング
41a テーパ形状凹部
41b,41b′ すり割部
41c 拡径凹部
41d すり割面
41h′ スナップリング(保持部材)
42 固定リング
42a くさび形状部
P 超高圧室
W1 管(ワーク)
W2 管板
1 Mandrel seal structure 2 O-ring (enclosure)
3 Backup ring 4
DESCRIPTION OF
42
W2 tube sheet
Claims (6)
前記マンドレルシール部は、
前記拡管ツール部に連結され、前記超高圧液が導入されるマンドレルと、
このマンドレルの外周部に装着され、前記ワークと前記マンドレルとの間で前記超高圧液を封入して超高圧室を形成する封入手段と、
この封入手段を前記マンドレルの軸方向に保持するように前記超高圧室の少なくとも一方の側に配置され、前記マンドレルに外嵌された環状の可動式リング部材と、を備え、
この可動式リング部材は、
外径が端面側に向けて縮径されたくさび形状部を有する固定リングと、
前記くさび形状部に適合するように内径が端面側に向けて拡径されたテーパ形状凹部を有し、前記超高圧液の液圧により前記くさび形状部が前記テーパ形状凹部に押圧されて径方向に拡張可能なすり割部が設けられた拡張リングと、を備え、
前記すり割部には、前記拡張リングの外周面から内周面まで一の端面から他の端面に渡って前記拡張リングの軸方向に対して交差する方向に沿ってすり割面が形成されていることを特徴とするマンドレルシール構造。 A mandrel seal portion for enlarging and forming an ultrahigh pressure liquid between the workpiece, a tube expansion tool portion for injecting the ultrahigh pressure liquid into the mandrel seal portion, and supplying the ultrahigh pressure liquid to the tube expansion tool portion A mandrel seal structure in the mandrel seal part of a hydraulic expansion tube forming apparatus having a main body part,
The mandrel seal part is
A mandrel connected to the tube expansion tool portion and introduced with the ultra-high pressure liquid;
An enclosing unit that is attached to the outer periphery of the mandrel and encloses the ultrahigh pressure liquid between the work and the mandrel to form an ultrahigh pressure chamber;
An annular movable ring member disposed on at least one side of the ultra-high pressure chamber so as to hold the sealing means in the axial direction of the mandrel, and externally fitted to the mandrel;
This movable ring member
A fixing ring having a wedge-shaped portion whose outer diameter is reduced toward the end surface,
A tapered recess having an inner diameter expanded toward the end face so as to be adapted to the wedge-shaped portion, and the wedge-shaped portion is pressed against the tapered recess by the hydraulic pressure of the ultra-high pressure liquid. And an expansion ring provided with an expandable slit part,
In the slit portion, a slit surface is formed along a direction intersecting the axial direction of the expansion ring from one end surface to the other end surface from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the expansion ring. A mandrel seal structure characterized by that.
を特徴とする請求項1に記載のマンドレルシール構造。 The slit portion is provided in one place in the circumferential direction of the expansion ring;
The mandrel seal structure according to claim 1.
前記拡張リングの外周部には、この拡張リングの中心方向へ付勢する保持部材が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のマンドレルシール構造。 The slits are provided at least in two locations in the circumferential direction of the expansion ring,
The mandrel seal structure according to claim 1, wherein a holding member that urges the expansion ring toward the center of the expansion ring is provided on an outer peripheral portion of the expansion ring.
このシール部材が前記ワークと前記マンドレルとの間に介装されることで、前記超高圧液が封入されるように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のマンドレルシール構造。 The enclosing means is a seal member fitted on the mandrel;
4. The structure according to claim 1, wherein the sealing member is interposed between the workpiece and the mandrel so that the ultra-high pressure liquid is sealed. 5. The mandrel seal structure according to the item.
前記可動リング部材は、前記バックアップリング側に拡張リングを配置し、この拡張リングの前記バックアップリング側の端面に、この端面側に向けて拡径されたテーパ形状を有する拡径凹部を設けたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のマンドレルシール構造。 A backup ring made of an elastic member is interposed between the enclosing means and the movable ring member,
In the movable ring member, an expansion ring is disposed on the backup ring side, and a diameter-enlarged recess having a tapered shape whose diameter is expanded toward the end surface side is provided on an end surface of the expansion ring on the backup ring side. The mandrel seal structure according to any one of claims 1 to 5, wherein:
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