JP5582364B2 - 突起形成装置、突起形成方法および熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、突起形成装置、突起形成方法および熱交換器に関する。

切削片が被加工物から切り離されないようにシェーパー加工を施し、被加工物に接続する切削片からなる突起を形成する方法が知られている。シェーパー加工では、切削効率を上げるため、切削片が反り返るように切削するのが一般的である。例えば特許文献１には、反り返った切削片からなる板状の放熱フィンを形成する方法が開示されている。

特開２００９−３２７５５号公報

反り返った突起を放熱フィンとして用いる場合、放熱フィン間の空気が外部の空気と入れ替わり難い。そのため、放熱フィンの冷却性能が低いという問題があった。放熱フィンの冷却性能を高めるため、突起は、被加工物の外面に対し直立する形状が望ましい。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被加工物の外面に対し直立する突起を切削加工により形成可能な突起形成装置、突起形成方法、および、突起形成装置または突起形成方法で形成された突起を用いる熱交換器を提供することである。

請求項１に記載の発明による突起形成装置は、把持部、バイトおよび駆動部を備える。把持部は、被加工物を把持する。バイトは、被加工物を切削可能である。駆動部は、バイトを被加工物の外面に交差する切込経路に沿って移動させ、バイトの刃を被加工物に切り込ませることが可能である。また、駆動部は、被加工物に切り込んだバイトを外面に平行な切削経路に沿って移動させ、被加工物に接続する直線状の切削片を形成可能である。また、駆動部は、バイトを切削片に接触させたまま所定の成形経路に沿って移動させ、切削片を外面に対し直立する突起に成形可能である。

請求項７に記載の発明による突起形成方法は、切込工程、切削工程および成形工程を含む。切込工程では、バイトを被加工物の外面に交差する切込経路に沿って移動させ、バイトの刃を被加工物に切り込ませる。切削工程では、被加工物に切り込んだバイトを外面に平行な切削経路に沿って移動させ、被加工物に接続する直線状の切削片を形成する。成形工程では、バイトを切削片に接触させたまま所定の成形経路に沿って移動させ、切削片を外面に対し直立する突起に成形する。

したがって、上述の突起形成装置および突起形成方法によれば、被加工物の外面に対し直立する突起を切削加工により形成可能である。そのため、上記直立する突起を放熱フィンとして用いる場合、高い冷却性能を得ることができる。

本明細書において「方向」は、直線方向および曲線方向を含む。そのため、「切削片に対し交差する方向」は、切削片に対し直交する直線方向、切削片に対し傾斜する直線方向、および、切削片の基端を中心とする周方向などを含む。

本発明の第１実施形態による突起形成装置が形成する放熱フィンを有する通路部材の斜視図である。 図１の通路部材の横断面図である。 本発明の第１実施形態による突起形成装置の外観図である。 図３の突起形成装置を矢印ＩＶ方向から見た図である。 図３のバイトの刃の拡大図である。 図５のバイトの刃を矢印ＶＩ方向から見た図である。 図３の突起形成装置を用いて放熱フィンを形成するときの工程図である。 図３の矢印ＶＩＩＩ部の拡大図であって、バイトを通路部材に接近させたところを示す。 図８の状態からバイトを通路部材に切り込ませたところを示す図である。 図９の状態からバイトを切削経路に沿って移動させたところを示す図である。 図１０の状態からバイトを第１成形経路に沿って移動させたところを示す図である。 本発明の第２実施形態による突起形成装置においてバイトを第２成形経路に沿って移動させたところを示す図である。 本発明の第３実施形態によるバイトの刃の拡大図である。 本発明の第４実施形態によるバイトの刃の拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による突起形成装置は、図１に示す通路部材の放熱フィンを形成する。熱交換器９に用いられる通路部材１０は、筒状部材であり、例えば冷却水等の冷媒が流通可能な通路１１を内部に有する。通路１１内の冷媒の熱は、通路部材１０に伝達し、放熱フィン１２等から周囲の空気に放散される。図２に示すように、放熱フィン１２は、通路部材１０の外面１３に対し直立する針状の突起である。

先ず、突起形成装置２０を図３〜図６に基づき説明する。突起形成装置２０は、ベース３０、バイス３１、駆動部３２およびバイト６０を備えている。駆動部３２は、Ｘ軸アクチュエータ４０、Ｙ軸アクチュエータ５０および電子制御装置７０から構成されている。バイス３１は、特許請求の範囲に記載の「把持部」に相当する。

バイス３１は、ベース３０のテーブル上に固定され、「被加工物」である通路部材１０を把持する。
Ｘ軸アクチュエータ４０は、ベース３０のテーブル面に平行なＸ軸方向に移動可能なスライダ４１を有し、支柱４２によりベース３０に固定されている。スライダ４１は、例えば、ケース４３内で回転可能に設けられた図示しないボールねじに嵌合させられ、モータ４４がボールねじを回転駆動することでＸ軸方向に移動可能である。通路部材１０は、上方に位置する外面１３がＸ軸方向に平行となるようにバイス３１に把持される。

Ｙ軸アクチュエータ５０は、ベース３０のテーブル面に直交するＹ軸方向に移動可能なスライダ５１を有する。スライダ５１は、例えば、ケース５２内で回転可能に設けられた図示しないボールねじに嵌合させられ、モータ５３がボールねじを回転駆動することでＹ軸方向に移動可能である。ケース５２は、Ｘ軸アクチュエータ４０のスライダ４１に一体に固定され、スライダ４１がＸ軸方向に移動するとこのスライダ４１と共にＸ軸方向に移動可能である。

バイト６０は、保持部６１、および、保持部６１の一端部から突き出す刃６２を有する。刃６２は、保持部６１の長手方向に交差する方向に突き出す。この刃６２は、通路部材１０を切削可能である。刃６２のすくい面６３のすくい角θは、通常の平面切削用の形削り盤で使用されるバイトのすくい角よりも大きく設定されている。

バイト６０のすくい面６３は、先端６４から基端６５側に向かって延びる複数の溝６６を有する。各溝６６は、バイト６０の幅方向、すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向で互いに離間し、且つ互いに平行である。

バイト６０は、複数用いられている。各バイト６０は、保持部６１の他端部同士が互いに連結され、板状の切削工具６７を構成する。第１実施形態では、切削工具６７は、３つのバイト６０から構成されている。

切削工具６７は、複数用いられている。第１実施形態では、切削工具６７は４つ用いられている。各切削工具６７は、厚み方向に隣接するバイト６０の先端６４同士が互いに重ならないように並べられ、スライダ５１に固定されたチャック装置７１に保持されている。

バイト６０は、スライダ５１がＹ軸方向に移動するとスライダ５１と共にＹ軸方向に移動する。また、バイト６０は、スライダ４１がＸ軸方向に移動するとスライダ４１およびＹ軸アクチュエータ５０と共にＸ軸方向に移動する。

電子制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータから構成されている。電子制御装置７０は、ＲＯＭに記録されている所定の制御プログラムに従いモータ４４、５３を作動させ、バイト６０のＸ軸方向位置およびＹ軸方向位置を制御する。

具体的には、電子制御装置７０は、モータ４４、５３を作動させ、バイト６０を接近経路Ｋ１、切込経路Ｋ２、切削経路Ｋ３および第１成形経路Ｋ４に沿って移動させることができる。接近経路Ｋ１は、図５に示すように、通路部材１０の外面１３に直交する下方向に沿う経路である。接近経路Ｋ１の終端位置は、バイト６０の先端６４が外面１３に当接する直前の位置である。

切込経路Ｋ２は、図５に示すように、接近経路Ｋ１の終端位置を始点とし、通路部材１０の外面１３に対し所定角度傾く下方向に沿う経路である。第１実施形態では、上記所定角度は１０°である。

切削経路Ｋ３は、図５に示すように、切込経路Ｋ２の終端位置を始点とし、通路部材１０の外面１３に平行であり且つバイト６０の基端６５から先端６４側に向く方向に沿う経路である。
第１成形経路Ｋ４は、図５に示すように、切削経路Ｋ３の終端位置を始点とし、通路部材１０の外面１３に直交する上方向に沿う経路である。

次に、突起形成装置２０を用いて放熱フィン１２を形成する方法について図７〜図１１に基づき説明する。
図７に示すように、放熱フィン１２の形成方法は、切込工程Ｓ１、切削工程Ｓ２および成形工程Ｓ３を含む。

先ず、切込工程Ｓ１では、突起形成装置２０は、図８に示すようにバイト６０を接近経路Ｋ１に沿って移動させ、バイト６０の先端６４を通路部材１０の外面１３に接近させる。
続いて、突起形成装置２０は、図９に示すようにバイト６０を切込経路Ｋ２に沿って移動させ、バイト６０の先端６４を通路部材１０に切り込ませる。バイト６０の切り込み角度は、外面１３に対し１０°である。

次に、図７の切削工程Ｓ２では、突起形成装置２０は、図１０に示すように、通路部材１０に切り込んだバイト６０を切削経路Ｋ３に沿って移動させ、通路部材１０に接続する直線状の切削片１４を形成する。この時点では、切削片１４は、バイト６０のすくい面６３に沿う方向に延び、直立していない状態である。

次に、図７の成形工程Ｓ３では、突起形成装置２０は、図１１に示すように、バイト６０を切削片１４に接触させたまま第１成形経路Ｋ４に沿って移動させる。このとき、切削片１４の基端部は、バイト６０の先端６４に擦り曲げられ、外面１３に対し直立する放熱フィン１２に成形される。

以上説明したように、第１実施形態による突起形成装置２０は、バイト６０、Ｘ軸アクチュエータ４０、Ｙ軸アクチュエータ５０および電子制御装置７０を備える。電子制御装置７０は、Ｘ軸アクチュエータ４０のモータ４４およびＹ軸アクチュエータ５０のモータ５３を作動させ、バイト６０を接近経路Ｋ１と切込経路Ｋ２と切削経路Ｋ３と第１成形経路Ｋ４とに沿って移動させることができる。

先ず、電子制御装置７０は、バイト６０を切込経路Ｋ２に沿って移動させ、バイト６０の刃６２を通路部材１０に切り込ませる。次に、電子制御装置７０は、通路部材１０に切り込んだバイト６０を切削経路Ｋ３に沿って移動させ、通路部材１０に接続する直線状の切削片１４を形成する。次に、電子制御装置７０は、バイト６０を切削片１４に接触させたまま第１成形経路Ｋ４に沿って移動させ、バイト６０の先端６４で切削片１４の基端部を擦り曲げることにより、切削片１４を外面１３に対し直立する放熱フィン１２に成形する。

したがって、突起形成装置２０およびそれを用いる突起形成方法によれば、通路部材１０の外面１３に対し直立する突起状の放熱フィン１２を切削加工により形成可能である。そのため、冷却性能が高い放熱フィン１２を得ることができる。

また、第１実施形態では、バイト６０のすくい面６３は、バイト６０の先端６４から基端６５側に向かって延びる複数の溝６６を有する。したがって、切削片１４がバイト６０の幅方向に倒れることを抑制可能である。そのため、冷却性能がより高い放熱フィン１２を得ることができる。

また、第１実施形態では、通路部材１０は、冷媒が流通可能な通路１１を有し、放熱フィン１２は、通路部材１０が冷媒から吸収した熱を放散させる。この通路部材１０は、熱交換器９に用いられる。放熱フィン１２は、熱交換器９において放熱手段として機能する。したがって、冷却性能が高い熱交換器９を得ることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による突起形成装置の駆動部は、図１２に示すように、バイト６０を第２成形経路Ｋ５に沿って移動させることができる。第２成形経路Ｋ５は、切削片１４の基端から先端側に離れた位置を始点とし、切削片１４の基端を中心とした周方向に沿う経路である。このとき、切削片１４は、基端部が押し曲げられ、外面１３に対し直立する放熱フィン１２に成形される。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏し、さらに、切削片１４の基端部の曲がりを緩やかにすることができる。そのため、切削片１４を曲げ起こすとき切削片１４が基端部で折れることを抑制可能である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による突起形成装置のバイトを図１３に基づき説明する。図１３に示すように、バイト８０のすくい面８１は、先端８２から基端８３側に向かうほど切削片１４から離間する曲面８４を有する。

第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏し、さらに、バイト８０と切削片１４との接触面積が小さくなり、切削片１４に加わる曲げモーメントを小さくすることができる。そのため、切削工程で形成される切削片１４をより直線状にすることができ、冷却性能がより高い放熱フィン１２を得ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による突起形成装置のバイトを図１４に基づき説明する。図１４に示すように、第４実施形態では、バイト９０のすくい面９１は、先端９２から基端９３側に向かうほど切削片１４から離間する段差面９４を有する。
第４実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、通路部材以外の被加工物に突起を形成してもよい。
本発明の他の実施形態では、突起は、放熱フィン以外の用途に用いられてもよい。
本発明の他の実施形態では、通路部材をバイスに水平方向に把持させなくてもよい。

本発明の他の実施形態では、切削経路は、通路部材の外面に対し平行な方向に沿わなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、切込経路が通路部材の外面に対し傾く角度は、１０°以外であってもよい。

本発明の他の実施形態では、成形経路は、通路部材の外面に対し直交する方向に沿わなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、成形経路は、切削片に対し直交する直線方向や切削片に対し傾斜する直線方向などであってもよい。

本発明の他の実施形態では、バイトの幅方向の長さを長くし、板状の突起を形成するように構成してもよい。
本発明の他の実施形態では、バイトを移動させるアクチュエータは、ボールねじをモータで回転駆動させる形式のものに限らず、その他の公知のアクチュエータを用いてもよい。要するに、バイトをＸ軸方向およびＹ軸方向に平行な平面内を移動させることができるアクチュエータであればよい。

本発明の他の実施形態では、駆動部は、２つのアクチュエータおよび電子制御装置以外の構成で実現してもよい。例えば、電子制御が要らない機械的な構成のみで駆動部を構成してもよい。

第１実施形態では、バイトのすくい面は、互いに平行な３つの溝を有していた。これに対し、本発明の他の実施形態では、溝が１つ、２つ、または４つ以上であってもよい。また、複数の溝は、互いに平行でなくてもよい。

本発明の他の実施形態では、バイトのすくい面は、溝を有していなくてもよい。
第１実施形態では、３つのバイトの他端部同士が互いに一体に連結されていた。これに対し、本発明の他の実施形態では、１つ、２つ、または４つ以上のバイトが互いに一体に連結されてもよい。

本発明の他の実施形態では、突起形成装置は、１つのバイトを使用して突起を形成するように構成してもよい。
本発明の他の実施形態では、複数のバイトからなる切削工具は、３つ以下または５つ以上用いてもよい。

本発明の他の実施形態では、複数の切削工具は、厚み方向に隣接するバイトの先端同士が互いに重なるように並べられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・通路部材（被加工物） １２・・・放熱フィン（突起）
１３・・・外面 １４・・・切削片
２０・・・突起形成装置 ３１・・・バイス（把持部）
４０・・・Ｘ軸アクチュエータ（駆動部） ５０・・・Ｙ軸アクチュエータ（駆動部）
６０、８０、９０・・・バイト ６２・・・刃
７０・・・電子制御装置（駆動部） Ｋ２・・・切込経路
Ｋ３・・・切削経路 Ｋ４、Ｋ５・・・成形経路

Claims (11)

1. 被加工物（１０）を把持する把持部（３１）と、
   前記被加工物を切削可能なバイト（６０、８０、９０）と、
   前記バイトを前記被加工物の外面（１３）に交差する切込経路（Ｋ２）に沿って移動させ、前記バイトの刃（６２）を前記被加工物に切り込ませることが可能であり、前記被加工物に切り込んだ前記バイトを前記外面に平行な切削経路（Ｋ３）に沿って移動させ、前記被加工物に接続する直線状の切削片（１４）を形成可能であり、前記バイトを前記切削片に接触させたまま所定の成形経路（Ｋ４、Ｋ５）に沿って移動させ、前記切削片を前記外面に対し直立する突起（１２）に成形可能な駆動部（４０、５０、７０）と、
   を備えることを特徴とする突起形成装置。
2. 前記成形経路（Ｋ４）は、前記切削片の基端を始点とし、前記外面から離間する方向に沿う経路であり、
   前記駆動部は、前記バイトで前記切削片を擦り曲げることを特徴とする請求項１に記載の突起形成装置。
3. 前記成形経路（Ｋ５）は、前記切削片の基端から先端側に離れた位置を始点とし、前記切削片に対し交差する方向に沿う経路であり、
   前記駆動部は、前記バイトで前記切削片を押し曲げることを特徴とする請求項１に記載の突起形成装置。
4. 前記バイト（８０、９０）のすくい面（８１、９１）は、前記バイトの先端（８２、９２）から基端（８３、９３）側に向かうほど前記切削片から離間する曲面（８４）または段差面（９４）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の突起形成装置。
5. 前記バイト（６０、８０、９０）のすくい面（６３、８１、９１）は、前記バイトの先端（６４、８２、９２）から基端（６５、８３、９３）側に向かって延びる溝（６６）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の突起形成装置。
6. 前記突起は、前記被加工物の熱を放散させる放熱フィンとして機能することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の突起形成装置。
7. 被加工物（１０）の外面（１３）に対し直立する突起（１２）を形成する突起形成方法であって、
   バイト（６０、８０、９０）を前記被加工物の前記外面に交差する切込経路（Ｋ２）に沿って移動させ、前記バイトの刃（６２）を前記被加工物に切り込ませる切込工程（Ｓ１）と、
   前記被加工物に切り込んだ前記バイトを前記外面に平行な切削経路（Ｋ３）に沿って移動させ、前記被加工物に接続する直線状の切削片（１４）を形成する切削工程（Ｓ２）と、
   前記バイトを前記切削片に接触させたまま所定の成形経路（Ｋ４、Ｋ５）に沿って移動させ、前記切削片を前記突起に成形する成形工程（Ｓ３）と、
   を含むことを特徴とする突起形成方法。
8. 前記成形経路（Ｋ４）は、前記切削片の基端を始点とし、前記外面から離間する方向に沿う経路であり、
   前記バイトは、前記成形経路に沿って移動し前記切削片を擦り曲げることを特徴とする請求項７に記載の突起形成方法。
9. 前記成形経路（Ｋ５）は、前記切削片の基端から先端側に離れた位置を始点とし、前記切削片に対し交差する方向に沿う経路であり、
   前記バイトは、前記成形経路に沿って移動し前記切削片を押し曲げることを特徴とする請求項７に記載の突起形成方法。
10. 前記突起は、前記被加工物の熱を放散させる放熱フィンとして機能することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の突起形成方法。
11. 請求項５に記載の突起形成装置で形成された前記突起を放熱手段または吸熱手段として用いることを特徴とする熱交換器（９）。

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