JP4487734B2 - フィン製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばオイルクーラ等の熱交換器に使用されるオフセットフィン製造用のフィン製造装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、オフセットフィン（特許文献１中ではコルゲート板）用のフィン製造装置（製造方法）が知られている。尚、オフセットフィンというのは、断面がクランク状（矩形波状）を成して、クランクの凹凸がその連続する方向に対して垂直方向に千鳥状にオフセットされたフィンである。

この装置を用いたフィンの製造方法は、まず、ローラ加工により、平板から最終形状のオフセットフィンの山間ピッチと同一となる断面波状の波板を成形して、次に、最終形状のオフセットフィンと等しい形状の金型面を有する金型で上記波板をプレスして、最終形状のオフセットフィンを得るようにしている。

これにより、プレス時の波板の延び変形量が小さく抑えられ、コーナー部に破断の無いオフセットフィンが製造できるようにしている。
特開平０１−３２１０２４号公報

しかしながら、波板は最終形状のオフセットフィンと山間ピッチは等しいものの、金型の上型および下型のどちらにも嵌り込む形状にはなっていない。よって、上型と下型が噛合う過程において波板は上下から挟み潰されて変形と剪断が同時に行われることによりクランクの凹凸形状とオフセット形状に形を変える。この時、それぞれの波一山の材料が全く同じ過程で変形する保障がないことから、ある山は材料の引込み量が多くなり「しわ」が発生し、また、ある山は材料の引込み量が少なくなり「材料板厚減少」が発生する場合がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、オフセットフィンの全体に渡ってプレス欠陥の生じないフィン製造装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、断面がクランク状を成して、クランクの凹凸がその連続する方向に対して垂直方向に、千鳥状にオフセットされるオフセットフィン（１０）を製造するフィン製造装置であり、一対の第１ローラ（１１０）によって、平板材（１１）から断面がクランク状となるクランク材（１２）に成形する第１成形部（１０１）と、一対の金型（１２０）を有し、クランク材（１２）が金型（１２０）の一方（１２２）に一致して嵌り込み、金型（１２０）の他方（１２１）が噛み合うことで、凹凸が千鳥状にオフセットされるオフセット材（１３）を成形する第２成形部（１０２）とを有することを特徴としている。

これにより、第１成形部（１０１）によって成形されたクランク材（１２）は、第２成形部（１０２）の金型（１２０）に拘束されて、第２成形部（１０２）ではオフセットの成形のみが行われることになり、クランク材（１２）の各凹凸において、材料の引込み量の多い部位あるいは少ない部位が生じないため、全体に渡ってプレス欠陥の無いオフセットフィン（１０）を製造することができる。

ところで、従来、第１ローラ（１１０）を用いるようなローラ加工においては、ローラ（１１０）のどちらかに材料が巻き付いてしまう場合があり、また、オフセット材（１３）の成形時においては特に金型（１２０）に材料が噛み込んでしまい、成形されたオフセットフィン（１０）が型から容易に外れないという問題があった。

そこで、請求項２に記載の発明では、第１成形部（１０１）、第２成形部（１０２）には、クランク材（１２）、オフセット材（１３）が第１ローラ（１１０）、金型（１２０）に噛み込むのを防止する噛み込み防止手段（１３１、１３２）が設けられたことを特徴としている。

これにより、クランク材（１２）、オフセット材（１３）が第１ローラ（１１０）、金型（１２０）に噛み込むのを防止でき、噛み込みに伴う成形ロスを無くして、生産性を向上することができる。

上記噛み込み防止手段（１３１、１３２）は、具体的には、請求項３に記載の発明のように、クランク材（１２）、オフセット材（１３）に沿ってその表裏面を挟むように設けられた板状のガイド部材（１３１、１３２）とし、第１ローラ（１１０）、金型（１２０）には、ガイド部材（１３１、１３２）をよける溝部（１１３、１２３）を設けることで対応することができる。

第２成形部（１０２）における金型（１２０）については、請求項４に記載の発明のように、上下型（１２０）あるいは第２ローラ（１２０Ａ）とすることができる。

請求項４に記載の発明において、請求項５に記載の発明では、金型（１２０）は、第２ローラ（１２０Ａ）から成るものであって、第２ローラ（１２０Ａ）は、第１ローラ（１１０）からのクランク材（１２）を連続的にオフセット材（１３）に成形するようになっており、第１ローラ（１１０）と、第２ローラ（１２０Ａ）との間には、クランク材（１２）を第２ローラ（１２０Ａ）の一方（１２２Ａ）側に嵌め込むローラ部（１２０Ｂ）が設けられたことを特徴としている。

これにより、通常、クランク材（１２）が第２ローラ（１２０Ａ）に入り込む際に、ローラの歯が回転に伴ってクランク材（１２）に干渉するのを無くすことができる。

また、請求項４に記載の発明において、請求項６に記載の発明では、金型（１２０）は、第２ローラ（１２０Ａ）から成るものであって、第１ローラ（１１０）の一方（１１２）と、第２ローラ（１２０Ａ）の一方（１２２Ａ）とは、互いに共用されたことを特徴としている。

これにより、ローラの数を減らして、安価な対応が可能となる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態におけるフィン製造装置１００、オフセットフィン１０について、図１、図２を用いて以下説明する。尚、図１はフィン製造装置１００の全体構成を示す外観斜視図、図２は成形途中のオフセットフィン１０を示す外観斜視図である。

まず、フィン製造装置１００の成形対象となるオフセットフィン１０について簡単に説明する。オフセットフィン１０は、図２（図２中の右側）に示すように、例えばオイルクーラのような熱交換器の内部流体流路中に配設されて、伝熱面積を増加させると共に乱流効果を発揮することで熱伝達率を向上させる熱交換器用のフィンである。オフセットフィン１０は、断面がクランク状を成しており、クランクの凹凸（凹部１２ａ、凸部１２ｂ）が連続する方向に対して垂直方向（後述する平板材１１の幅方向）に、この凹凸が千鳥状にオフセットされたものである。

本発明においては、以下説明するフィン製造装置１００に上下の材料ガイド１３１、１３２を設けることから、オフセットフィン１０のこれら材料ガイド１３１、１３２に対応する位置にはオフセットの形成されないオフセット非成形部（本発明における非成形部に対応）１４を設けたものとしている。

図１に戻って、フィン製造装置１００は、上記オフセットフィン１０を成形するための装置であり、第１成形部１０１、第２成形部１０２、ベルトコンベア１０３等から成る。そして、第１成形部１０１、第２成形部１０２、ベルトコンベア１０３は、平板材１１が後述するローラ１１０によって加工される際に送り出される方向に直列に並ぶように配置されている。

第１成形部１０１は、上ローラ１１１、下ローラ１１２から成るローラ（本発明における第１ローラに対応）１１０を有している。各ローラ１１１、１１２の各円周面には歯が形成されており、ローラ１１０は、平板材１１に連続する凹凸を成形して、断面クランク状のクランク材１２とするものとしている。ここでは下ローラ１１２の歯の周方向の幅寸法、径方向の高さ寸法を後述する金型１２０における下型１２２の歯の幅（オフセットを含む歯の幅）寸法、高さ寸法と同一としている。

また、各ローラ１１１、１１２の間には、平板材１１、クランク材１２の幅方向の端部側で、表裏面を挟むように、それぞれ薄板材（板厚０．５〜１ｍｍレベル）から成り、凹凸の成形される方向に延びる上材料ガイド１３１、下材料ガイド１３２が設けられている。この各材料ガイド１３１、１３２は、本発明におけるガイド部材および噛み込み防止手段に対応する。そして、各ローラ１１１、１１２には、上記各材料ガイド１３１、１３２をよけるための溝部１１３が設けられている。

第２成形部１０２は、共に上下方向に摺動する上型１２１、下型１２２から成る金型（本発明における上下型に対応）１２０を有している。各型１２１、１２２の上記クランク材１２側となる面には歯が形成されており、金型１２０は、クランク材１２の凹凸が材料の幅方向にオフセットされるオフセット材１３に成形するものとしている。

また、上記で説明した各材料ガイド１３１、１３２は、ローラ１１０側から一体的にこの金型１２０の領域まで延ばされており、各型１２１、１２２にも各材料ガイド１３１、１３２をよけるための溝部１２３が設けられている。

ベルトコンベア１０３は、金型１２０で成形されたオフセット材１３を受けると共に、次工程に搬送する搬送手段である。

次に、上記構成に基づくフィン製造装置１００の作動について、図３〜図８を用いて説明する。尚、図３〜図８は、オフセットフィン１０が成形される様子を段階的に示す側面図である。

まず、図３に示すように、上型１２１を上側に摺動させ、下型１２２を下側に摺動させて金型１２０を開いた状態にして、ローラ１１０を回転作動させることで、平板材１１から断面がクランク状となるクランク材１２が成形される。この時、両材料ガイド１３１、１３２は、平板材１１、クランク材１２を挟み込んでいるので、ローラ１１０から排出されるクランク材１２が各ローラ１１１、１１２のいずれかに噛み込むことを防止する。

次に、図４に示すように、ローラ１１０によって成形されたクランク材１２は、ローラ１１０の回転と共に、開いた状態の金型１２０の間（各型１２１、１２２の間）に連続的に送り込まれていく。

次に、図５に示すように、ローラ１１０を停止状態とし、下型１２２を上側に摺動させる。この時、クランク材１２は、下型（本発明における金型１２０の一方に対応）１２２の歯に一致して嵌り込む形となる。

次に、図６に示すように、上型（本発明における金型１２０の他方に対応）１２１を下側に摺動させると、上型１２１が下型１２２に噛み合って、クランク材１２の凹凸がオフセット状態となるオフセット材１３が成形される。

そして、図７に示すように、各型１２１、１２２を上下に摺動し、金型１２０を再び開く。この時、両材料ガイド１３１、１３２は、クランク材１２、オフセット材１３を挟み込んでいるので、金型１２０から排出されるオフセット材１３が各型１２１、１２２のいずれかに噛み込むことを防止する。

更に、図８に示すように、ローラ１１０を回転作動させることで、クランク材１２の成形が再開され、このクランク材１２の成形によって、ローラ１１０から材料が送り出される分、金型１２０で成形されたオフセット材１３は、ベルトコンベア１０３に到達して、次工程に搬送されていく。

尚、上記図６に示す成形工程において、各材料ガイド１３１、１３２をよけるために設けられた各型１２１、１２２の溝部１２３によって、オフセット材１３にはオフセット非成形部１４が成形されることになる。

このように、本発明のフィン製造装置１００においては、ローラ１１０を用いた第１成形部１０１でクランク材１２を成形し、第２成形部１０２で下型１２２にクランク材１２が嵌り込むようにして、上型１２１にて凹凸のオフセット加工のみを行い、オフセット材１３を成形するようにしているので、クランク材１２は、金型１２０に拘束されて、クランク材１２の各凹凸において、材料の引込み量の多い部位あるいは少ない部位が生じないため、全体に渡ってプレス欠陥の無いオフセットフィン１０を製造することができる。

また、ローラ１１０、金型１２０のそれぞれに各材料ガイド１３１、１３２を設けるようにしているので、クランク材１２、オフセット材１３がローラ１１０、金型１２０に噛み込むのを防止でき、噛み込みに伴う成形ロスを無くして、生産性を向上することができる。ここでは、ローラ１１０、金型１２０にそれぞれ溝部１１３、１２３を設けることで各材料ガイド１３１、１３２の設定を可能としている。また、成形されるオフセットフィン１０側については、オフセット非成形部１４を設けることで上記対応を可能としている。

また、第１成形部１０１、第２成形部１０２を直列に配置して、ローラ１１０からのクランク材１２を金型１２０で連続的にオフセット材１３に成形するようにしているので、ローラ１１０を材料の搬送源としたオフセットフィン１０の高速成形が可能となる。

（第２実施形態）
本発明における第２実施形態を図９に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、第２成形部１０２の金型を第１成形部１０１と同様に、上ローラ１２１Ａと下ローラ１２２Ａとから成るローラ（本発明における第２ローラに対応）１２０Ａとしたものである。

これにより、上記第１実施形態のように、ローラ１１０の回転作動、停止、および金型１２０の開閉を不要として、クランク材１２、オフセット材１３の連続成形が可能となり、更に高速化が可能となる。

尚、上記第２実施形態の変形例として、図１０に示すように、ローラ１１０とローラ１２０Ａとの間にローラ部１２０Ｂを設けて、クランク材１２がローラ１２０Ａの一方（ここでは下ローラ１２２Ａ）側に予め嵌り込むようにするのが良い。

これにより、通常クランク材１２がローラ１２０Ａに入り込む際に、ローラの歯が回転に伴ってクランク材１２に干渉するのを無くすことができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１１に示す。第３実施形態は、上記第２実施形態（図９）に対して、ローラ１１０の下ローラ（本発明における第１ローラの一方に対応）１１２と、ローラ１２０Ａの下ローラ（本発明における第２ローラの一方に対応）１２２Ａとを共用化したものである。具体的には、下ローラ１１２を廃止して、上ローラ１１１と下ローラ１２２Ａとでローラ（第１成形部１０１）１１０を形成して、上ローラ１２１Ａと下ローラ１２２Ａとでローラ（第２成形部１０２）１２０Ａを形成している。これにより、ローラ（ローラ１１２）の数を減らして、安価な対応が可能となる。

（その他の実施形態）
オフセットフィン１０におけるオフセット非成形部（フィン製造装置１００においては、各材料ガイド１３１、１３２および溝部１１３、１２３に対応）１４は、図１２に示すように、材料の幅方向の寸法に応じて設定すれば良く、例えば材料の幅寸法が大きくなる時は、両端部側に加えて中央側にも設けるようにしても良い。

また、各材料ガイド１３１、１３２は、第１成形部１０１側から第２成形部１０２側に一体的に形成されるものに限らず、各成形部１０１、１０２毎に分割して設けられるようにしても良い。

また、上記各実施形態では、クランク材１２からオフセット材１３が連続して成形されるものとして説明したが、分割して成形されるものとしても良い。

また、第２成形部１０２とベルトコンベア１０３の間に、オフセットフィン１０を必要長さに切断する工程を設けても良い。

本発明の第１実施形態におけるフィン製造装置の全体構成を示す外観斜視図である。 成形途中のオフセットフィンを示す外観斜視図である。 オフセットフィンが成形される第１段階を示す側面図である。 オフセットフィンが成形される第２段階を示す側面図である。 オフセットフィンが成形される第３段階を示す側面図である。 オフセットフィンが成形される第４段階を示す側面図である。 オフセットフィンが成形される第５段階を示す側面図である。 オフセットフィンが成形される第６段階を示す側面図である。 本発明の第２実施形態におけるフィン製造装置の全体構成を示す外観斜視図である。 上記第２実施形態の変形例１におけるフィン製造装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の第３実施形態におけるフィン製造装置の全体構成を示す外観斜視図である。 本発明のその他の実施形態におけるオフセットフィンを示す外観斜視図である。

符号の説明

１０ オフセットフィン
１１ 平板材
１２ クランク材
１３ オフセット材
１４ オフセット非成形部（非成形部）
１００ フィン製造装置
１０１ 第１成形部
１０２ 第２成形部
１１０ ローラ（第１ローラ）
１１２ 下ローラ（第１ローラの一方）
１１３ 溝部
１２０ 金型（上下型）
１２０Ａ ローラ（第２ローラ）
１２０Ｂ ローラ部
１２１ 上型（金型の他方）
１２２ 下型（金型の一方）
１２２Ａ 下ローラ（第２ローラの一方）
１２３ 溝部
１３１ 上材料ガイド（噛み込み防止手段、ガイド部材）
１３２ 下材料ガイド（噛み込み防止手段、ガイド部材）

Claims (6)

1. 断面がクランク状を成して、クランクの凹凸がその連続する方向に対して垂直方向に、千鳥状にオフセットされるオフセットフィン（１０）を製造するフィン製造装置であり、
   一対の第１ローラ（１１０）によって、平板材（１１）から断面が前記クランク状となるクランク材（１２）に成形する第１成形部（１０１）と、
   一対の金型（１２０）を有し、前記クランク材（１２）が前記金型（１２０）の一方（１２２）に一致して嵌り込み、前記金型（１２０）の他方（１２１）が噛み合うことで、前記凹凸が千鳥状にオフセットされるオフセット材（１３）を成形する第２成形部（１０２）とを有することを特徴とするフィン製造装置。
2. 前記第１成形部（１０１）、前記第２成形部（１０２）には、前記クランク材（１２）、前記オフセット材（１３）が前記第１ローラ（１１０）、前記金型（１２０）に噛み込むのを防止する噛み込み防止手段（１３１、１３２）が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のフィン製造装置。
3. 前記噛み込み防止手段（１３１、１３２）は、前記クランク材（１２）、前記オフセット材（１３）に沿ってその表裏面を挟むように設けられた板状のガイド部材（１３１、１３２）であり、
   前記第１ローラ（１１０）、前記金型（１２０）には、前記ガイド部材（１３１、１３２）をよける溝部（１１３、１２３）が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のフィン製造装置。
4. 前記金型（１２０）は、上下型（１２０）あるいは第２ローラ（１２０Ａ）から成ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のフィン製造装置。
5. 前記金型（１２０）は、前記第２ローラ（１２０Ａ）から成るものであって、
   前記第２ローラ（１２０Ａ）は、前記第１ローラ（１１０）からの前記クランク材（１２）を連続的に前記オフセット材（１３）に成形するようになっており、
   前記第１ローラ（１１０）と、前記第２ローラ（１２０Ａ）との間には、前記クランク材（１２）を前記第２ローラ（１２０Ａ）の一方（１２２Ａ）側に嵌め込むローラ部（１２０Ｂ）が設けられたことを特徴とする請求項４に記載のフィン製造装置。
6. 前記金型（１２０）は、前記第２ローラ（１２０Ａ）から成るものであって、
   前記第１ローラ（１１０）の一方（１１２）と、前記第２ローラ（１２０Ａ）の一方（１２２Ａ）とは、互いに共用されたことを特徴とする請求項４に記載のフィン製造装置。

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