JP2019155427A - 熱交換チューブ用フィン製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送りミスと積層ミスが少なく、高品質の熱交換チューブ用フィンを製造できる熱交換チューブ用フィンの製造装置を提供する。【解決手段】熱交換チューブ用フィン製造装置は、熱交換チューブ挿入用の複数の穴１０４が設けられた金属帯状体１５０を搬送する送りローラ５７と、送りローラ５７の搬送方向下流側に位置し、穴１０４にフィードピン６１を挿入して、送りローラ５７と共に金属帯状体１５０に張力を加えつつ搬送方向に搬送するフィン搬送機構６３と、送りローラ５７とフィン搬送機構６３との間に位置し、金属帯状体１５０を予め定められた長さに切断して、熱交換チューブ用フィン１０２を形成する切断装置５８と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換チューブ用フィン製造装置に関する。

空気調和機は、冷媒が流通する熱交換チューブと熱交換チューブに取り付けられた複数のフィンとを備える熱交換器を備える。熱交換器に用いられるフィンの製造装置が特許文献１に開示されている。この製造装置は、金属帯状体に、熱交換チューブを挿入するための複数の貫通孔を成形し、続いて、金属帯状体を、製品長で順次切り出すことで、フィンを製造する。切り出されたフィンは、フィンに形成された貫通孔と同一ピッチ上に配置されたピンに位置決めされながら積層されて、収納される。

金属帯状体は、送り装置により、一定の距離ずつ所定方向に移送されて、加工される。特許文献１に記載の送り装置は、移送方向に移動する移動体と、上下動可能に設けられ、上昇して金属帯状体の貫通孔に進入した状態で、移動体の移動に伴って金属帯状体を牽引する送りピンと、を具備する。送り装置は、移動体の移動により、送りピンから金属帯状体に力を伝達することで、金属帯状体を切断装置に移送する。

特開２０１３−１１１６００号公報

特許文献１に開示された送り装置は、金属帯状体を所定長さで切断する切断装置の手前までしか移送することができない。つまり、金属帯状体を切断装置に、その後方から押し込む構造を有する。切断装置の前方には、金属帯状体の姿勢を保持する構成が存在しない。このため、金属帯状体の座屈、垂れなどによる面外変形により、送りミスとフィン積層ミスが発生し易く、高品質の熱交換チューブ用フィンの製造が困難である。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、高品質の熱交換チューブ用フィンを製造できる熱交換チューブ用フィン製造装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、送りミスと積層ミスの少ない熱交換チューブ用フィンの製造装置を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る熱交換チューブ用フィン製造装置は、送り機構と、搬送機構と、切断装置と、を備える。送り機構は、熱交換チューブ挿入用の複数の穴が設けられた金属帯状体を搬送する。搬送機構は、送り機構の搬送方向下流側に位置し、金属帯状体の穴にピンを挿入して、送り機構と共に金属帯状体に張力を加えつつ搬送方向に移動する。切断装置は、送り機構と搬送機構との間に位置し、送り機構と搬送機構とによって搬送された金属帯状体を予め定められた長さに切断して、熱交換チューブ用フィンを形成する。

この発明によれば、張力を付与した状態で金属帯状体を移送することが可能となる。このため、面外変形を低減し、送りミス及びフィン積層ミスを抑制することができ、ひいては、高品質な熱交換チューブ用フィンを製造することができる。

本発明の実施の形態に係る製造装置によって製造されるフィンを備える熱交換器を例示する斜視図 本発明の実施の形態１に係る熱交換チューブ用フィンの製造装置の全体図 （A)は、図２に示す順送プレス装置が実行するプレス工程を説明するための平面図、（Ｂ)は、図３（Ａ)のＢ−Ｂ線断面図 図２に示す熱交換チューブ用フィンの製造装置の送りローラ、切断機構、搬送機構、スタック機構の詳細な構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２に係る熱交換チューブ用フィンの製造装置の送りローラ、切断機構、搬送機構、スタック機構の詳細な構成を示す斜視図 図５に示す製造装置の動作を説明するための斜視図 図５に示す製造装置の動作を説明するための斜視図であり、図６Ａに示す状態の次の状態を示す斜視図 図５に示す製造装置の動作を説明するための斜視図であり、図６Ｂに示す状態の次の状態を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態に係る熱交換チューブ用フィン製造装置について説明する。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態に係る製造装置により製造されるフィンを備える熱交換器１００について説明する。

熱交換器１００は、図１に示すように、積層された複数の熱交換チューブ用フィン（以下、単にフィンと呼ぶ）１０２と、積層方向にフィン１０２を貫通する複数の熱交換用チューブ１０１と、を備えたフィンチューブ式熱交換器である。

フィン１０２は、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属の薄板から構成され、一定のフィンピッチで積層されている。各フィン１０２の表面には、フィン１０２間を流れる空気の流通方向に向かって開口した、即ち、フィン１０２の短手方向に開口した複数の切り起こしスリット１０５が形成されている。切り起こしスリット１０５は、フィン１０２の表面の温度境界層を分断・更新し、フィン１０２の間を流れる空気とフィン１０２との間の熱交換効率を向上させる。

フィン１０２の長手方向には、一定の間隔をおいて複数の穴１０４が形成されている。複数の穴１０４は、熱交換用チューブ１０１が挿入される箇所であり、熱交換用チューブ１０１の断面形状に対応した形状を有する。本実施の形態１では、熱交換用チューブ１０１の断面が円形形状であるため、穴１０４は円形に形成されている。

穴１０４の周縁には、フィン１０２を複数枚積層したときに、フィン１０２同士の間隔を規定の値にするために、規定の高さを有する切り起こし１０３が形成される。

熱交換用チューブ１０１は、フィン１０２の長手方向に間隔をおいて配置されている。熱交換用チューブ１０１には、フィン１０２の間を流れる空気と熱交換する冷媒が流れる流路が形成されている。熱交換用チューブ１０１は、断面が円形形状を有し、フィン１０２の穴１０４に挿入され、ろう付けされている。なお、熱交換用チューブ１０１は、断面が長丸形状、即ち、同一直径の2つの円を接線で結んだ形状、を有する所謂扁平チューブでも良い。

上記構成の熱交換器１００は、切り起こし１０３を介して一定のピッチで積層されたフィン１０２の穴１０４それぞれに、熱交換用チューブ１０１を挿入し、熱交換用チューブ１０１とフィン１０２をろう付けすることにより製造される。熱交換器１００は、熱交換用チューブ１０１に冷媒を流し、冷媒の熱をフィン１０２に伝達し、フィン１０２の間を通る空気とフィン１０２との間で熱交換することで、熱交換器として機能する。

次に、上記構成を有する熱交換器１００のフィン１０２を製造する熱交換チューブ用フィン製造装置について説明する。

図２は実施の形態１に係る熱交換チューブ用フィン製造装置２００の全体図である。図示するように、熱交換チューブ用フィン製造装置２００は、長尺の金属板１０を供給するＮＣフィーダ５０と、金属板１０を順次プレスして、金属帯状体１５０を形成する順送プレス装置５１と、金属帯状体１５０を貯留する中間バッファ部５６と、金属帯状体１５０を搬送する送りローラ５７と、金属帯状体１５０を一定の長さに切り揃えてフィン１０２を形成する切断装置５８と、フィン１０２を積層して保持するスタック装置５９と、切断されたフィン１０２をスタック装置５９に搬送するフィン搬送機構６３と、制御部６９と、を備える。

加工対象物である金属板１０は、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属の長尺の薄板体である。金属板１０は、複数のフィン１０２を取得可能な幅に設定されている。本実施の形態では、フィン１０２の４枚分の幅に形成されているとする。

ＮＣ（Numerical Control）フィーダ５０は、金属板１０を順送プレス装置５１に、順送プレス装置５１の動作に同期して、間欠送りする。より具体的には、ＮＣフィーダ５０は、金属板１０の上面と下面とを把持する移動体を備え、順送プレス装置５１の動作に同期して、把持、送り移動、解放、戻り移動を繰り返すことによって金属板１０を間欠的に順送プレス装置５１に送り込む。

順送プレス装置５１は、金型装置５２と送り装置５４と列間スリット装置５３とを金属板１０の搬送方向に順に備える。

金型装置５２は、図３（Ａ）に平面図で、（Ｂ）にＢ−Ｂ線断面で示すように、金属板１０に、複数のフィン分の切り起こし１０３と穴１０４とをプレス加工する。

送り装置５４は、金属板１０に形成された穴１０４に送りピン５５を挿入し、送りピン５５により、金属板１０を搬送する。送り装置５４とＮＣフィーダ５０と金型装置５２とは同期して動作し、安定した間欠送りを可能とする。

列間スリット装置５３は、金型装置５２の上下運動を利用して動作し、図３（Ａ）に示すプレス加工された金属板１０を、切断線１１で切断し、４つの金属帯状体１５０を形成する。

中間バッファ部５６は、順送プレス装置５１の下流側に配置され、金属帯状体１５０を一時的に留めておくためのものであり、順送プレス装置５１の金属帯状体１５０の送り出し速度と後段の送りローラ５７の金属帯状体１５０の送り速度の差を吸収するためのものである。中間バッファ部５６に留められる金属帯状体１５０の長さは、１回の搬送処理でスタック装置５９に送りこまれる長さ、すなわち、フィン１０２の長さ、よりも余裕を持った長さに設定される。

送りローラ５７は、中間バッファ部５６と切断装置５８との境界部分に配置され、中間バッファ部５６に留められていた金属帯状体１５０を搬送する。図２及び図４に示すように、送りローラ５７の円周上には、穴１０４と等しいピッチでローラピン６８が配置されている。ローラピン６８は、金属帯状体１５０の穴１０４に係合して、送りローラ５７の回転に伴って金属帯状体１５０を搬送する。

切断装置５８は、図２及び図４に示すように、送りローラ５７の下流側に配置され、上下動して、金属帯状体１５０を製品長さに切断し、フィン１０２を形成する。

フィン搬送機構６３は、金属帯状体１５０を搬送する装置であり、図４に示すように、金属帯状体１５０の搬送方向に延在するレール上を移動する直動機構６０と、直動機構６０に配置され、鉛直方向に伸縮する上下駆動機構６２と、上下駆動機構６２に片持ち支持された腕部材と、腕部材の上に配置されたフィードピン６１とを備える。

直動機構６０は、ボールネジ機構、リニアモータ等から構成され、金属帯状体１５０の搬送方向に直動する。直動機構６０の移動範囲は、切断装置５８よりも金属帯状体１５０の搬送方向上流の位置とスタック装置５９の奥端部の間である。

上下駆動機構６２は、シリンダ、ソレノイド等から構成され、上下動し、フィードピン６１を金属帯状体１５０の穴１０４に挿入された位置と穴１０４から抜けた位置との間で移動させる。

より具体的には、上下駆動機構６２は、直動機構６０が、切断装置５８よりも上流側に位置する時に伸長し、フィードピン６１を金属帯状体１５０の先端部の穴１０４に挿入する。直動機構６０は、この状態で下流側に移動する。このとき、送りローラ５７に取り付けられているローラピン６８とフィードピン６１の相対的な位置関係と駆動トルクを調整することで金属帯状体１５０に張力が付与され、金属帯状体１５０の先端部のフィン１０２の長さに相当する部分を弛ませることなくスタック装置５９へと移送する。

スタック装置５９はフィン搬送機構６３によって移送された金属帯状体１５０を吸着する吸着保持機構６４を具備する。吸着手法は任意であるが、以下の説明では、真空吸着とする。直動機構６０によって吸着位置に移送された金属帯状体１５０は、吸着保持機構６４によって保持された状態で、切断装置５８によって切断され、フィン１０２となる。吸着保持機構６４はフィン１０２を吸着したまま、スタック装置５９の下側に配置されているスタックピン６５の方向に移動し、スタックピン６５に位置合わせした後に真空破壊により吸着保持を解除することで、フィン１０２はスタックピン６５に案内されながら落下し、積層され、保持される。

制御部６９は、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）６６とモータコントローラ６７とを備え、送りローラ５７、切断装置５８、スタック装置５９，直動機構６０、上下駆動機構６２をそれぞれ駆動するモータ等のアクチュエータを制御する。例えば、ＰＬＣ６６とモータコントローラ６７とは、協働して、送りローラ５７を駆動するモータと直動機構６０を駆動するモータを同期制御し、弛んでいない状態を維持しながら、金属帯状体１５０をスタック装置５９の方向へ製品長さ分移送させる。その後、ＰＬＣ６６とモータコントローラ６７とは、スタック装置５９の吸着保持機構６４に金属帯状体１５０を吸着させ、切断装置５８に金属帯状体１５０を切断させる。その後、上下駆動機構６２を短縮させて、フィードピン６１を穴１０４から外す。続いて、ＰＬＣ６６とモータコントローラ６７とは、フィン１０２を吸着したまま吸着保持機構６４をスタックピン６５の方向に移動し、スタックピン６５を穴１０４に位置合わせした後に真空破壊により吸着保持を解除させる。

次に、上記構成を有する熱交換チューブ用フィン製造装置２００のフィン製造動作を説明する。

ＮＣフィーダ５０は、送り装置５４の動作と同期して、金属板１０を順送プレス装置５１に間欠的に供給する。
順送プレス装置５１の送り装置５４は、金型装置５２の動作と連動して、金属板１０に形成された穴１０４に送りピン５５を差し込み、ＮＣフィーダ５０の送りと同期して、金属板１０を間欠送りする。

金型装置５２は、間欠送りされる金属板１０に、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、穴１０４と切り起こし１０３を形成する。
列間スリット装置５３は、金属板１０を切断線１１に沿って切断することにより４つの金属帯状体１５０を形成する。

形成された金属帯状体１５０は、中間バッファ部５６に滞留した後、送りローラ５７の回転に伴って間欠的に搬送される。送りローラ５７の回転は、制御部６９に制御されている。

ここで、切断装置５８とスタック装置５９とフィン搬送機構６３の動作を説明するため、切断装置５８により金属帯状体１５０が切断され、フィン１０２がスタック装置５９にスタックされた直後の状態にあると仮定する。この段階では、直動機構６０は、図４に実線で示すように、金属帯状体１５０の搬送方向の最先端の位置にある。なお、上下駆動機構６２は縮んだ状態にある。

この状態で、制御部６９は、直動機構６０を制御し、破線で示す位置に移動させる。この位置は、切断装置５８より上流側で、金属帯状体１５０の先端の穴１０４の直下の位置である。この段階では、金属帯状体１５０の先端は、切断装置５８の位置にある。制御部６９は、上下駆動機構６２を伸長し、フィードピン６１を金属帯状体１５０の先端の穴１０４に挿入する。

続いて、制御部６９は、送りローラ５７に取り付けられているローラピン６８とフィードピン６１の相対位置と駆動トルクを同期して調整することで金属帯状体１５０に張力を付与し、金属帯状体１５０が弛んでいない状態を維持しながらスタック装置５９の方向へフィン１０２の製品長さ分移送させる。図４は、移送が終了した状態を示す。

続いて、制御部６９は、スタック装置５９の吸着保持機構６４に、図４に示す状態の金属帯状体１５０を吸着させ、保持させる。

制御部６９は、続いて、切断装置５８を下降させ、金属帯状体１５０を切断する。直動機構６０の移動距離が、フィン１０２の製品長に相当するため、切断部分の長さもフィン１０２の製品長に等しい。こうして、４枚のフィン１０２が形成される。
制御部６９は、その後、上下駆動機構６２を縮め、フィードピン６１を穴１０４から外す。

制御部６９は、吸着保持機構６４にフィン１０２を吸着したまま、スタック装置５９の下側に配置されているスタックピン６５の方向に移動させる。制御部６９は、スタックピン６５に対する位置合わせを行った後に真空破壊により吸着保持を解除させる。これにより、フィン１０２はスタックピン６５に倣いながら落下する。

以上の一連の動作を繰り返すことで、フィン１０２が順次製造され、スタック装置５９に積層して収納される。このような構成にすることで、薄く、脆弱なフィン１０２を連続かつ安定な状態で製造・積層・収納することが可能となる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２によるフィン搬送機構を示す斜視図である。
本実施の形態は、フィン搬送機構６３を２台備える。このような構成にすることで、スタック装置５９の稼動サイクルタイムを短くすることができる。

図５に示すように、一対のフィン搬送機構６３−１と６３−２は、金属帯状体１５０の搬送路の両側に配置されている。
この構成の動作の詳細を図６Ａ〜６Ｃを参照して説明する。まず、図６Ａに示すように、一方のフィン搬送機構６３によって金属帯状体１５０を移送し、吸着保持機構６４で吸着した後、そのフィン搬送機構６３を直近の吸着保持機構６４の動きと干渉しないエリアに退避させる。次に、図６Ｂに示すように、金属帯状体１５０を切断装置５８により切断し、フィン１０２とし、吸着保持機構６４を移動させ、吸着保持を解除し、フィン１０２を放し、吸着保持機構６４を元の位置に戻す。次に、図６Ｃに示すように、先に金属帯状体１５０を移送したフィン搬送機構６３が切断装置５８側に戻る動作を実行させる。この動作と並行して、もう一方のフィン搬送機構６３に金属帯状体１５０を移送させる。

実施の形態１では、フィン搬送機構６３が切断装置５８側に戻るまで、金属帯状体１５０を移送させることができないが、本実施の形態の構成によれば、フィン搬送機構６３が戻るのを待たずして金属帯状体１５０を移送させることができるようになる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態においては、切断装置５８で切断された金属帯状体１５０の最先端の穴１０４にフィードピン６１を挿入して、フィードピン６１を挿入する穴１０４は金属帯状体１５０に張力をかけて搬送できるならば、任意に選択可能である。例えば、先端から２つめ或いは３つめの穴１０４にフィードピン６１を挿入してもよい。

上記実施の形態１、２においては、フィン搬送機構６３は片持ち構造の腕部材を備える構造であるが、腕部材を両端部で支える構造を採用することも可能である。この場合、直動機構６０と上下駆動機構６２とを金属帯状体１５０の両側に配置し、上下駆動機構６２の間に腕部材を梁状に配置し、腕部材上にフィードピン６１を配置してもよい。この場合、両側の直動機構６０と上下駆動機構６２は、それぞれ、同期して動作する。

上記実施の形態においては、フィン搬送機構６３と送りローラ５７との間で金属帯状体１５０に張力を与える構造としたが、他の手法により張力を与えることも可能である。例えば、送りローラ５７と切断装置５８の間に、金属帯状体１５０にテンションを加えるテンションローラを配置して、金属帯状体１５０に張力を与える等してもよい。また、送り機構として、ローラピン６８を備える送りローラ５７に代えて、一対の回転ローラで切り起こし１０３を避けて金属帯状体１５０を挟み込んで回転するような機構等他の構成を採用しもよい。

吸着保持機構６４が金属帯状体１５０を吸着した状体で、金属帯状体１５０を切断装置５８で切断する例を示したが、吸着の開始と終了のタイミングは任意である。また、吸着以外の手法で金属帯状体１５０を保持及び固定してもよい。

１００ 熱交換器、１０１ 熱交換用チューブ、１０２ 熱交換チューブ用フィン、１０３ 切り起こし、１０４ 穴、１０５ 切り起こしスリット、１０ 金属板、５０ ＮＣフィーダ、５１ 順送プレス装置、５２ 金型装置、５３ 列間スリット装置、５４ 送り装置、５５ 送りピン、５６ 中間バッファ部、５７ 送りローラ、５８ 切断装置、５９ スタック装置、６０ 直動機構、６１ フィードピン、６２ 上下駆動機構、６３ フィン搬送機構、６４ 吸着保持機構、６５ スタックピン、６６ ＰＬＣ、６７ モータコントローラ、６８ ローラピン、６９ 制御部、１５０ 金属帯状体、２００ 熱交換チューブ用フィン製造装置

Claims (8)

1. 熱交換チューブ挿入用の複数の穴が設けられた金属帯状体を搬送する送り機構と、
   前記送り機構の搬送方向下流側に位置し、金属帯状体の穴にピンを挿入して、前記送り機構と共に金属帯状体に張力を加えつつ搬送方向に移動する搬送機構と、
   前記送り機構と前記搬送機構との間に位置し、前記送り機構と前記搬送機構とによって搬送された金属帯状体を予め定められた長さに切断して、熱交換チューブ用フィンを形成する切断装置と、
   を備える、熱交換チューブ用フィン製造装置。
2. 前記送り機構は、前記複数の穴に係合するローラピンを備える送りローラを備え、
   前記搬送機構は、金属帯状体の穴に挿入されるピンを備え、ピンを移動することにより、金属帯状体を熱交換チューブ用フィンを積層して収納する位置まで搬送する、
   請求項１に記載の熱交換チューブ用フィン製造装置。
3. 前記搬送機構により搬送された金属帯状体を保持する吸着保持機構をさらに備え、
   前記切断装置は、前記吸着保持機構に保持された状態の金属帯状体を切断する、
   請求項１又は２に記載の熱交換チューブ用フィン製造装置。
4. 前記切断装置により切断されて形成された熱交換チューブ用フィンを積層して収納するスタック装置をさらに備える、
   請求項１から３の何れか１項に記載の熱交換チューブ用フィン製造装置。
5. 前記搬送機構は、金属帯状体の穴に挿入するためのフィードピンと該フィードピンを上下する上下駆動機構と金属帯状体の搬送方向に移動する直動機構と、を備え、
   前記フィードピンを上昇させて、金属帯状体の穴に挿入し、この状態で前記直動機構を搬送方向に移動させることにより、金属帯状体を搬送する、
   請求項１から４の何れか１項に記載の熱交換チューブ用フィン製造装置。
6. 前記フィードピンと前記上下駆動機構と前記直動機構を有した前記搬送機構を複数備えることを特徴とする請求項５に記載の熱交換チューブ用フィン製造装置。
7. 前記送り機構と前記搬送機構の動作を制御する制御部をさらに備える、
   請求項１から６の何れか１項に記載の熱交換チューブ用フィン製造装置。
8. 金属板に前記穴をプレス加工すると共に切断して、金属帯状体を生成する順送プレス装置を、前記送り機構の前段に備える、
   請求項１から７の何れか１項に記載の熱交換チューブ用フィン製造装置。