JP3637168B2

JP3637168B2 - Spiral fin fixing device

Info

Publication number: JP3637168B2
Application number: JP32375796A
Authority: JP
Inventors: 均那須; 多郁士岡本; 貞文玉置
Original assignee: 松下冷機株式会社
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JPH10166047A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫、ショーケース、自動車等の伝熱部品として使用されるチューブの外周に連続したフィン材をスパイラル状に巻付けて構成したスパイラルフィンチューブ型の伝熱チューブの製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、そのコストパフォーマンスの高さにより冷蔵庫、ショーケース、自動車等に、直線状のチューブにスパイラル状に巻付けた金属フィンよりなるスパイラルフィンチューブ型の伝熱チューブが熱交換器として多用されてきている。スパイラルフィンチューブの製造方法は多種多様であるが、冷蔵庫等の小型のものでは連続した金属フィンを直線状のチューブに垂直方向で直接巻付けて両端をチューブに固定する方法と、あらかじめコイル上に成形した金属フィンにチューブを挿入し、所定ピッチに広げて両端を固定する方法とが主体である。何れの方法でもフィン両端がチューブに固定されていないとフィンをスパイラル状に成形した時の残留応力によりスプリングバックが発生し、巻付部が緩むためチューブとフィンの接触熱抵抗が増大して熱交換性能が劣化するため、フィンの両端を強固に固定する必要がある。
【０００３】
従来のスパイラルフィンの固定方法としては特開平４−１３５０１４号公報に示されているものがある。以下、図面を参照しながら従来のスパイラルフィンの固定方法を説明する。
【０００４】
図７は、従来例の高周波抵抗溶接による固定方法を示す斜視図である。図において、１はフィン、２はチューブ、３は加圧ロール、４はフィン側給電体、５はチューブ側給電体であり、あらかじめフィン１の始端をチューブ２の径と同一径で初期曲げしたフィン１をチューブ２の外周に取付け、加圧ロール３で加圧しながらフィン側給電体４とチューブ側給電体５の間に高周波電流を通電し、フィンとチューブとの接触部の抵抗発熱によりフィンとチューブを高周波抵抗溶接する方法である。
【０００５】
他の固定方法として特公昭６３−４９５７３号公報に示されているフィンかしめ式のものもある。
【０００６】
図８は従来例のフィンかしめを用いた固定方法の斜視図である。フィン１は別工程にてあらかじめ内周をチューブ２の径に合わせて１周以上の初期巻付を行っている。１巻き目のフィン１ａの外周には切り欠６が形成され、２巻き目のフィン１ｂの切欠６に対応する位置に切起し７を加工し、切欠６と切起し７とをかしめることにより固定するものである。
【０００７】
さらに他の方法として、図９に示す別部品を用いたフィン固定方法もある。図において８は固定用部品、９はスポット溶接箇所、１０はかしめ箇所である。本固定方法では、図に示すようにチューブ２の回りに固定用部品８を取付け、スポット溶接箇所９にスポット溶接することによってフィン１と固定用部品８を接合し、さらにかしめ箇所１０でチューブ２と固定用部品８をかしめ加工することによってスパイラルフィンをチューブに固定するものである。
【０００８】
尚、フィン１に初期巻を行う方法としては図１０に示すように、芯金１１を旋回中心とした旋回ガイド１２とフィン１のストレート部を保持するクランプ１３で構成した初期巻装置が一般的である。
【０００９】
この初期巻装置では芯金１１からフィン１を旋回ガイド１２に対して延在させ、フィン１のストレート部分をクランプ１３で保持し、芯金１１を中心として旋回ガイド１２を回すことにより、フィン１は芯金との接触部を支点として変形されて板状の幅方向での曲げが行われるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の高周波抵抗溶接による固定方法については、フィンをチューブに強く加圧する必要があるが、冷蔵庫等に適用されるスパイラルフィンチューブには小型、軽量化が要求され、フィンは薄く、幅広くなってきている。このようなスパイラルフィンの仕様ではフィンとチューブを高周波抵抗溶接するために加圧力を付与すると、フィンが倒れたり折れ曲がったりするため適当な加圧力を付与することができず、加圧力が低いまま抵抗溶接を行うと正常な溶接条件が確保できず、フィンの固定に必要な強固な固定ができないという欠点を有していた。
【００１１】
また、フィンかしめによる固定方法ではあらかじめフィンを１周以上巻いた加工を別工程で行い、これをチューブに取付けてかしめを行うことによりフィンとチューブを固定し、その後フィンの巻付を行うため、初期巻とかしめと巻付がそれぞれ別の工程となり、それぞれの工程間を移載する必要が生じるため生産性が低下するという欠点を有していた。
【００１２】
また、上記のかしめ方法及び固定用部品による方法では巻付終端では巻付装置内において固定する加工が出来ないため、フィン巻付を終了したスパイラルフィンチューブ巻付装置から外して一旦外に取出して手動装着または専用装置によって固定加工を行わなければならない。そのため、密着状態で巻付けられたフィンの緩みが発生し、一旦緩んだフィンを修正しながらチューブとの接触を回復させても密着状態は弱くなり、熱交換性能が低下するという欠点を有していた。
【００１３】
さらに、初期巻装置でフィン端を曲げる場合、フィンの曲げ加工に必要な曲げモーメントは一定であるため、図１１に示すように芯金１１から延在するフィン１が長ければ旋回ガイド１２での曲げ荷重の作用点が芯金１１から遠くなり、フィン１に付加する荷重は小さくなる。
【００１４】
しかし、曲げ角度が進行し、芯金１１からの延在距離が減少すると旋回ガイド１２によりフィン１に付加される曲げ荷重が増加し、フィン１自体の許容荷重以上になるとフィンが変形して芯金１１を中心とした曲げ加工が行われなくなる。その結果、フィン１の端は芯金１１に完全に巻付けられず直線部分が残こり、フィン１の外側は変形を来すため、そのままでの使用ができずこの直線部分を切断して使用する必要があった。
【００１５】
本発明の目的は、従来技術の欠点に顧み、あらたな部品を必要とせず強固なフィン固定を可能にし、巻付状態のフィンが密着した状態のまま固定することにより熱交換性能の低下を防止すると共に、巻付装置内で初期巻を行うことにより生産性の高いスパイラルフィンの固定装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、スパイラルフィンチューブを製造する際、フィンの始端と終端を多関節ロボットに持たせた出射鏡筒からレーザー光を照射して、フィンとチューブ接触部分を所定の長さに渡って連続的に接合して強固に固定すると共に、チューブを芯金にしてフィンの変形を来さずにフィン端をチューブに対して巻付ける初期巻を巻付装置に収納することを可能とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、連続したフィン材を挟着して回転する一対の押込ローラと、チューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側を保持する初期巻ローラと、押込ローラと対向してチューブ外周を揺動可能に軸支した押付ローラと、巻付られたフィンをチューブに加圧するフィンクランプと、レーザー発振機からのレーザー光を照射するレーザー出射鏡筒とを備え、押込ローラでチューブより延在したフィン端を初期巻ローラでチューブに巻付け、押込ローラと押付ローラによりチューブへのフィンの巻付を進行させ、フィン端をクランプローラでチューブに加圧した状態でフィンとチューブの接触部にレーザー光を照射してフィンとチューブを接合して固定するものである。
【００１８】
これにより、フィンとチューブを密着させて巻付が終了した状態のままでフィン端をフィンクランプで加圧してチューブに密着させ、フィンとチューブの接触部にレーザー光を照射してレーザー接合することにより強固に固定できる。
【００１９】
また、レーザー発振機からのレーザー光をレーザー出射鏡筒に光ファイバで導くと共に、レーザー出射鏡筒を保持する多関節ロボットを備え、出射鏡筒から照射されたレーザー光をフィンとチューブの接触部のチューブ円周方向に沿って焦光させてフィンとチューブを接合するものである。
【００２０】
これにより、フィン巻付開始及び終了状態でクランプローラでフィンをチューブに加圧してチューブを回転させずにフィン端付近のフィンとチューブの接触部をその円周方向に沿った所定長さの曲線部分を常にレーザー光の焦点に合わせた状態で、かつ、最適な照射角度を確保しつつ溶接することが可能となり、フィンの巻付に必要な強度及びフィンのスプリングバックによる外れを回避するために必要な強度に応じた溶接長さを確保することができ、強固な固定を可能とする。
【００２１】
また、連続したフィン材をフィン終端と始端とに分割切断する切断パンチを備え、フィン終端及びフィン始端形状をフィンのチューブとの接触方向にフィン幅の略半分の面取を形成するパンチ形状としたものである。
【００２２】
これにより、押込ローラでフィンをチューブより延在させ、初期巻ローラを旋回させることによりフィンに曲げモーメントを加えて曲げ加工を行うと共に、フィン端にチューブ接触方向の面取を形成することによりチューブ接触位置からフィン端までの距離を確保することができ、曲げ加工に必要な荷重をフィンの許容荷重以下に押さえることができ、フィンの変形を生じることなくフィン内周をすべてチューブに接触させることが可能となり、巻付装置に初期巻機能を内蔵することができる。
【００２３】
さらに、初期巻ローラの旋回中心を巻付中心より押込ローラと反対方向で、かつ、フィンの巻付開始点方向に偏芯させ、初期巻ローラ戻り位置をチューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側に接触させ、フィンのガイドローラとして使用してなるものである。
【００２４】
これにより、チューブから延在した直線状のフィンと初期巻ローラとの接触点をチューブから遠くすることができ、モーメント荷重を増大でき容易な曲げ開始ができると共に、旋回角度を進行させるに従ってチューブとの距離が減少し、初期巻の終了位置ではローラとチューブとの距離をフィン幅より小さくすることによりフィン端をチューブに押し付ける方向の荷重を付加でき、初期巻の外周形状をより円形に近づけることができ、かつ、戻り位置では巻付加工でのフィンのガイドローラとして機能でき、簡略な構造とすることで巻付装置への内蔵をより容易にすることができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明によるスパイラルフィン固定装置の一実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２６】
図において、２１はフィン１をチューブ２にスパイラル状に巻付ける巻付装置であり、２２は本体ベース、２３はスライドレール、２４はテーブルで、２５は回転チャック、２６は回転モータで、テーブル２４上に回転チャック２５とこれを回転する回転モータ２６を載置し、チューブ２端を回転チャック２５でクランプして回転モータ２６でチューブ２を回転させながらスライドレール２３に沿って走行するものである。
【００２７】
２７は押込ローラ、２８は押込モータであり、連続した金属薄板のフィン１を１対の押込ローラ２７で挟着し押込モータ２８により回転されてフィン１は巻付ユニット２９に押し込まれる。
【００２８】
３０はレーザー発振機、３１は光ファイバ、３２はレーザー出射鏡筒、３３は多関節ロボットで、レーザー発振機３０からのレーザー光は光ファイバ３１で出射鏡筒３２に導光され、出射鏡筒３２内に収納された焦光レンズで１点に焦光される。このレーザー光の焦点３４がフィン１とチューブ２の接触部に位置するよう多関節ロボット３３により出射鏡筒３２の位置決めが行われる。
【００２９】
３５は切断ユニットであり、パンチシリンダ３６に取付られた切断パンチ３７とダイ３８との組合わせの一般的なパンチプレスを構成し、フィン１を長さ方向に対して直角な辺とチューブ２への巻付側でフィン１幅の略２分の１の大きさの面取辺を切断部の両側に形成される形状に切断パンチ３７及びダイ３８を成形している。
【００３０】
３９はフィン１の供給ユニットであり、フィン１を挟着する１対の送りローラ４０とこれを回転させる送りモータ４１によりパンチユニット３５から押込ローラ２７へとフィン１を供給するものである。
【００３１】
巻付ユニット２９には、ユニットベース４２、初期巻ローラ４３、旋回レバー４４、ピニオンギヤ４５、ラック４６、保持ローラ４７、初期曲げシリンダ４８が備えられている。
【００３２】
一端に初期巻ローラ４３を設けた旋回レバー４４はユニットベース４２に回転可能に軸支され、ユニットベース４２の裏面に設置した旋回レバー４４の軸部分にピニオンギヤ４５が固定され、このピニオンギヤ４５と噛み合って保持ローラ４７で摺動可能に保持されたラック４６を初期巻シリンダ４８で前後に摺動させることにより初期巻ローラ４３を旋回させるものである。
【００３３】
４９は巻付が行われるチューブ２の中心である巻付中心で、５０は旋回レバー４４の旋回中心であり、旋回中心５０は巻付中心４９に対して押し込みローラ２７と反対側の横方向と巻付開始点Ａへの立て方向にそれぞれ偏芯している。本実施例ではこの偏芯両は横、縦方向共にチューブ２の外径の略３分の１に設定している。
【００３４】
また、初期巻シリンダ４８の戻り状態で初期巻ローラ４３の外周がフィン１の巻付開始点Ａより押込ローラ２７側の巻付外側の直線部分に接触するように位置させてフィン１のガイドローラの機能を兼ね備えている。
【００３５】
５１は押付ローラであり、揺動軸５２で軸支された揺動レバー５３に設けられ、揺動シリンダ５３でチューブ２と押付ローラ５１の距離がフィン１の幅と一致する押しつけ位置と初期巻ローラ４３を旋回させたときに干渉しない待避位置となるよう揺動シリンダ５４により往復揺動するものである。
【００３６】
５５はクランプローラ、５６はクランプシリンダで、クランプローラ５５は巻付けられたフィン１の外周に沿って当接する溝を形成Ｓ、外径部はチューブ２に当接し、クランプシリンダ５６によりフィン１をチューブ２に押しつけるもので、クランプローラ５５で押しつけられたフィン１とチューブ２の接触部分にレーザー光を焦光させて接合するものである。
【００３７】
次に、上記構成によるスパイラルフィンの固定装置の動作について説明する。フィン１は切断ユニット３５により面取りを形成したフィン端形状に切断されて送りローラ４０に挟着され、送りモータ４１の回転により押込ローラ２７間に送り込まれる。一方、チューブ２は先端を回転チャック２５でクランプして巻付ユニット２９を通過している。
【００３８】
巻付ユニット２９において、揺動レバー５３は揺動シリンダ５４により待避位置に移動し、押込ローラ２７及び送りローラ４０が同期して回転することによりフィン１の始端はチューブ２の上面を通過して延在し、初期巻シリンダ４８でラック４６を前進させることにより、ラック４６と噛み合っているピニオンギヤ４５を回転させ、これにより旋回レバー４４に取付た初期巻ローラ４３が旋回中心５０を軸芯にしてチューブ２の回りを回転する。
【００３９】
旋回中心５０はチューブ２の中心である巻付中心よりフィン端方向に偏芯しているため、初期巻ローラ４３はフィン１とチューブ２の接触点である巻付開始点Ａよりフィン端方向でフィン１と接触する。
【００４０】
旋回レバー４４を回転すると初期巻ローラ４３とフィン１の接触点とチューブ２とフィン１との接触点の２点に偶力が発生し、これがフィン１に対しての曲げモーメントとなってフィン１はチューブ２との接触点で曲げ加工され、チューブ２への巻付きが進行する。フィン１のチューブ２への巻付きの進に伴い、フィン端のチューブ２からの延在距離は減少するが、旋回中心５０が巻付開始点Ａの方向にも偏芯しているため、旋回レバー４４の旋回角度で進行するほど初期巻ローラ４３とチューブ２の距離も減少し、フィン端を追いかける形で回転していく。
【００４１】
フィン端の内周側には面取り加工が施されているため、内周側の端がチューブ２と接触した状態でもフィン端の外周側には直線部が残り、この部分と初期巻ローラ４３が接触することで内周端の巻付が終了した時でも充分な曲げモーメントが付加できる。
【００４２】
さらに旋回レバー４４の旋回角度を進行すると、初期巻ローラ４３とチューブ２の距離がフィン１の幅より僅かに狭くなる位置で初期巻ローラ４３がフィン端から外れるよう初期巻前の直線状のフィン１のチューブ２からの延在距離を設定しているため、フィン端は初期巻完了位置でフィン端外側が僅かにチューブ２方向に押込まれ、フィン内周のチューブ２との接触部が充分に密着させると共に、残った直線部を内周方向に押し込むことになり、フィン端外周が巻付外周円からはみ出すことなくフィン端の初期巻が完了する。
【００４３】
初期巻レバー４４を戻すと巻付開始点Ａより押込ローラ２７寄りのフィン１の直線部の外側と接触する位置に初期巻ローラ４３が戻り、次いで揺動シリンダ５４により揺動レバー５３は押付位置に変位して押しつけローラ５１はチューブとの距離がフィン１幅となる位置で保持される。
【００４４】
次に、押込ローラ２７でフィンを押込むと初期巻ローラ４３とチューブの巻付開始点Ａ及び押しつけローラ５１の３点での偶力が発生し、初期巻と同様な曲げモーメントとなりフィン１が押込まれた量だけチューブ２に巻付いていく。
【００４５】
フィン端がクランプローラ５５の位置に達するとクランプシリンダ５６によりクランプローラ５５でフィン端外周を内周に押付け、チューブ２にフィン１の内周を密着させ、多関節ロボット３３で保持したレーザー出射鏡筒３２から照射されるレーザー光の焦点３４が位置するよう多関節ロボット３３を駆動してフィン端の密着部から所定の長さをチューブ２外周の曲面に沿って移動させ、所定長さの接合部を形成し、フィン１の始端がチューブ２に固定される。
【００４６】
この状態から回転チャック２５を回転するとチューブ２が回転し、チューブ２に固定されたフィン１の始端からフィン１の巻取りが行われる。これと同期して押込ローラ２７でフィン１を押込むことにより巻付は容易に行われる。さらに、回転チャック２５の回転角度に対応させてテーブル２４をスライドレール２４に沿って一定量走行させることにより、チューブ２には一定間隔の螺旋状スパイラルフィンが連続して形成されていく。
【００４７】
必要量のスパイラルフィンが形成されたら、再度クランプローラ５５でフィン外周を押付け、フィン始端の固定と同様に、フィン１とチューブ２との接触部にレーザー光の焦点３４が位置するよ多関節ロボットを駆動してレーザー溶接を行い、フィン１をチューブに仮固定する。
【００４８】
この仮固定と同時に、パンチシリンダ３６で切断パンチ３７をダイ３８に押込み、連続したフィン１を前述のフィン端形状に切断することにより、巻付内周側に面取を有したフィン終端が形成される。
【００４９】
送りモータ４１を停止したまま巻付を進めることにより切断ユニット２９に次の製品に使用するフィンの始端を残したままフィン１はチューブ２に巻付けられ、フィン終端は始端と同一の形状で巻付を完了する。
【００５０】
さらに回転チャック２５を回転すると終端がフィンクランプ５５位置まで到達し、クランプローラ５５でフィン外周を押付けてチューブに密着される。この動作において、フィン１の終端が押付ローラ５１に到達するまでは密着状態で巻付られたフィン１が緩むことはないが、フィン終端が押付ローラ５１を通過するとフィンクランプ５５で押付けられるまでの短時間ではあるが密着保持の機能がなくなり、緩みを発生するが、フィン１は既にチューブ２と仮固定されており、終端までの巻付長さは非常に短いため、この部分で若干の緩みを生じても全体の密着性能に対しては何等問題のない量である。
【００５１】
フィン１の終端の内周に対しても始端と同様なレーザー光の照射によるレーザー溶接が施されてフィン１はチューブ２に固定される。
【００５２】
尚、本発明のスパイラルフィンの固定装置は多関節ロボット３３でレーザー光の照射位置を制御しており、レーザー溶接は短時間で完了できるため巻付動作中に任意の部分にレーザー光を照射して部分固定することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によるスパイラルフィンの固定装置は、連続したフィン材を挟着して回転する一対の押込ローラと、チューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側を保持する初期巻ローラと、押込ローラと対向してチューブ外周を揺動可能に軸支した巻付ローラと、巻付けられたフィンをチューブに加圧する加圧ローラと、レーザー発振機からのレーザー光を照射するレーザー出射鏡筒とを備え、押込ローラでチューブより延在したフィン端を初期巻ローラでチューブに巻付け、押込ローラと押付ローラによりチューブへのフィン巻付を進行させ、フィン端をクランプローラでチューブに加圧した状態でフィンとチューブの接触部にレーザー光を照射してフィンとチューブを溶融接合するものであるから、あらたな部品を必要とせずに強固なフィン固定を可能とすると共に、巻付が終了した状態のままでフィン端をクランプローラで加圧してチューブに密着させ、フィンとチューブの接触部にレーザー光を照射して固定するため、フィンの緩みを来さず、熱交換性能の高いスパイラルフィンチューブ型の伝熱チューブが製造できる。
【００５４】
また、レーザー発振機からのレーザー光をレーザー出射鏡筒に光ファイバーで導くと共に、レーザー出射鏡筒を保持する多関節ロボットを備え、出射鏡筒から照射されたレーザー光をフィンとチューブの接触部のチューブ円周方向に沿って焦光させてフィンとチューブを接合するものであるから、フィン巻付開始及び終了状態でクランプローラでフィンをチューブに加圧してチューブを回転させずにフィン端付近のフィンとチューブの接触部をその円周方向に沿った曲線部分を常にレーザー光の焦点に合わせた状態で、かつ、最適な照射角度を確保しつつ溶接することができ、必要な強度に応じた溶接長さを確保することができるためより強固な固定が可能となる。
【００５５】
また、連続したフィン材をフィン終端と始端とに分割切断する切断パンチを備え、フィン終端及びフィン始端形状をフィンのチューブとの接触方向にフィン幅の略半分の面取を形成するパンチ形状としたものであるから、押込ローラでフィンをチューブより延在させ、初期巻及び終端巻取でのフィン変形を生じることなくフィン内周をすべてチューブに接触させることが可能となり、巻付装置に初期巻機能を内蔵でき、移載工程を不要とした生産性の高い固定装置を提供できる。
【００５６】
さらに、初期巻ローラの旋回軸芯をチューブの軸芯より押込ローラと反対方向で、かつ、フィンの巻付開始位置方向に偏芯させ、初期巻ローラの戻り位置をチューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側に接触させ、フィンのガイドローラとしても兼用してなるものであるから、確実な初期巻を行うと共に戻り位置では巻付加工でのフィンのガイドローラとして機能でき、簡略な構造とすることで巻付装置への内蔵をより容易にするものである。
【００５７】
また、フィンの湯文止めのための両端固定以外にもスパイラル状のフィンの任意の部分を部分接合することも可能であるため、複雑な形状に成形するときのフィンの緩み止めの手段としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例によるスパイラルフィン固定装置全体の斜視図
【図２】同実施例による巻付ユニットの構成を示す平面図
【図３】同実施例による初期巻の動作図
【図４】同実施例によるレーザー溶接によるフィン始端の固定状況を示す斜視図
【図５】同実施例によるレーザー溶接によるフィン終端の固定状況を示す斜視図
【図６】同実施例によるフィンの切断状況を示す斜視図
【図７】従来例の高周波抵抗溶接による固定方法の斜視図
【図８】従来例のフィンかしめを用いた固定方法の斜視図
【図９】従来例の別部品を用いた固定方法の斜視図
【図１０】従来例の初期巻装置の斜視図
【図１１】従来例の初期巻装置によるフィン端形状を示す斜視図
【符号の説明】
１フィン
２チューブ
２７押込ローラ
３０レーザー発振機
３１光ファイバ
３２レーザー出射鏡筒
３３多関節ロボット
３７切断パンチ
４３初期巻ローラ
４９巻付中心
５０旋回中心
５１押付ローラ
５５フィンクランプ
Ａ巻付開始点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for manufacturing a heat transfer tube of a spiral fin tube type in which a fin material continuous around the outer periphery of a tube used as a heat transfer component of a refrigerator, a showcase, an automobile or the like is spirally wound. is there.
[0002]
[Prior art]
In recent years, spiral fin tube type heat transfer tubes made of metal fins spirally wound around straight tubes have been widely used as heat exchangers in refrigerators, showcases, automobiles, etc. due to their high cost performance. Yes. There are a variety of methods for manufacturing spiral fin tubes, but for small products such as refrigerators, continuous metal fins are wound directly on a straight tube in the vertical direction and both ends are fixed to the tube, The main method is to insert a tube into the formed metal fin, spread it to a predetermined pitch, and fix both ends. In any method, if both ends of the fin are not fixed to the tube, spring back is generated due to residual stress when the fin is formed in a spiral shape, and the winding part loosens, increasing the contact thermal resistance between the tube and the fin and increasing the heat. Since the exchange performance deteriorates, it is necessary to firmly fix both ends of the fin.
[0003]
As a conventional method for fixing a spiral fin, there is one disclosed in JP-A-4-135014. Hereinafter, a conventional method for fixing a spiral fin will be described with reference to the drawings.
[0004]
FIG. 7 is a perspective view showing a conventional fixing method by high-frequency resistance welding. In the figure, 1 is a fin, 2 is a tube, 3 is a pressure roll, 4 is a fin-side power feeder, 5 is a tube-side power feeder, and the starting end of the fin 1 is initially bent to the same diameter as the tube 2 in advance. The fin 1 is attached to the outer periphery of the tube 2, a high-frequency current is passed between the fin-side power feeder 4 and the tube-side power feeder 5 while being pressurized by the pressure roll 3, and the fin generates heat by resistance heating at the contact portion between the fin and the tube. And high frequency resistance welding of the tube.
[0005]
As another fixing method, there is a fin caulking type disclosed in Japanese Patent Publication No. 63-49573.
[0006]
FIG. 8 is a perspective view of a conventional fixing method using fin caulking. The fin 1 is subjected to initial winding of one or more rounds in advance according to the diameter of the tube 2 in a separate process. A notch 6 is formed on the outer periphery of the first winding fin 1a, the notch 6 is processed at a position corresponding to the notch 6 of the second winding fin 1b, and the notch 6 and the notching 7 are caulked. It is fixed by.
[0007]
As another method, there is a fin fixing method using another component shown in FIG. In the figure, 8 is a fixing part, 9 is a spot welding location, and 10 is a caulking location. In this fixing method, as shown in the figure, the fixing component 8 is attached around the tube 2, the spot 1 is spot-welded to the spot welding portion 9 to join the fin 1 and the fixing component 8, and the crimping portion 10 is further connected to the tube 2. The spiral fin is fixed to the tube by caulking the fixing component 8.
[0008]
As shown in FIG. 10, the initial winding device generally composed of a turning guide 12 having a core metal 11 as a turning center and a clamp 13 that holds the straight portion of the fin 1 is generally used as a method for initial winding on the fin 1. It is.
[0009]
In this initial winding device, the fin 1 is extended from the core bar 11 with respect to the turning guide 12, the straight portion of the fin 1 is held by the clamp 13, and the turning guide 12 is turned around the core bar 11, whereby the fin 1 Is deformed with the contact portion with the metal core as a fulcrum, and is bent in the plate-like width direction.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the above-described fixing method using high-frequency resistance welding, it is necessary to strongly press the fin against the tube. However, the spiral fin tube applied to a refrigerator or the like is required to be small and light, and the fin is thin and wide. It is coming. In the specifications of such spiral fins, if pressure is applied to the fin and tube for high-frequency resistance welding, the fin will collapse or bend, so that appropriate pressure cannot be applied and resistance remains low. When welding is performed, normal welding conditions cannot be ensured, and there is a drawback in that the strong fixing necessary for fixing the fins cannot be performed.
[0011]
In addition, in the fixing method by fin caulking, the process of winding the fin one or more times in advance is performed in a separate process, this is attached to the tube and caulked to fix the fin and the tube, and then the fin is wound. The initial winding, caulking, and winding are separate processes, and it is necessary to transfer between the respective processes, so that the productivity is lowered.
[0012]
Also, since the above-described caulking method and the method using the fixing parts cannot be fixed in the winding device at the winding end, remove it from the spiral fin tube winding device that has finished fin winding and take it out once. Fixing must be done manually or by dedicated equipment. For this reason, the fins wound in close contact state are loosened, and even if the contact with the tube is recovered while correcting the loosened fins once, the close contact state becomes weak and the heat exchange performance is reduced. It was.
[0013]
Further, when the fin end is bent by the initial winding device, the bending moment necessary for the bending of the fin is constant. Therefore, if the fin 1 extending from the core metal 11 is long as shown in FIG. The point of action of the bending load is far from the cored bar 11, and the load applied to the fin 1 is reduced.
[0014]
However, when the bending angle advances and the extension distance from the metal core 11 decreases, the bending load applied to the fin 1 by the turning guide 12 increases. When the bending load exceeds the allowable load of the fin 1 itself, the fin deforms and the core is deformed. The bending process around the gold 11 is not performed. As a result, the end of the fin 1 is not completely wound around the metal core 11 and a straight portion remains, and the outside of the fin 1 is deformed, so that it cannot be used as it is and is cut and used. There was a need to do.
[0015]
The purpose of the present invention is to address the shortcomings of the prior art, enabling strong fin fixation without the need for new parts, and preventing the heat exchange performance from deteriorating by fixing the wound fins in close contact. In addition, an object of the present invention is to provide a high-productivity spiral fin fixing device by performing initial winding in a winding device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, when manufacturing a spiral fin tube, the present invention irradiates a laser beam from an output lens barrel having an articulated robot having a fin start end and a terminal end so that the fin and the tube contact portion are predetermined. Along with continuous joining over the length, it is firmly fixed, and the initial winding that winds the fin end around the tube without deforming the fin with the tube as the core is stored in the winding device. Is possible.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention includes a pair of pressing rollers that rotate while sandwiching a continuous fin material, an initial winding roller that holds the winding outer side of the linear portion of the fin on the pressing roller side from the tube, and a tube facing the pressing roller. Equipped with a pressing roller that pivotally supports the outer periphery, a fin clamp that presses the wound fin against the tube, and a laser emitting barrel that irradiates laser light from the laser oscillator. The extended fin end is wound around the tube by the initial winding roller, the winding of the fin around the tube is advanced by the push roller and the pressing roller, and the fin and the tube are contacted with the fin end being pressed against the tube by the clamp roller. The part is irradiated with laser light to join and fix the fin and tube.
[0018]
In this way, the fin and the tube are brought into close contact with each other, and the winding ends are pressed with the fin clamp to be brought into close contact with the tube, and laser contact is applied to the contact portion between the fin and the tube to perform laser joining. Can be firmly fixed.
[0019]
In addition, it is equipped with an articulated robot that guides the laser light from the laser oscillator to the laser emitting barrel with an optical fiber and holds the laser emitting barrel, and the laser light emitted from the emitting barrel is contacted between the fin and the tube The fins and the tubes are joined by burning along the circumferential direction of the tube.
[0020]
As a result, a curve of a predetermined length along the circumferential direction of the contact portion between the fin and the tube near the end of the fin without rotating the tube by pressing the fin against the tube with the clamp roller in the fin winding start and end states In order to avoid detachment due to the strength required for the winding of the fin and the spring back of the fin, it becomes possible to perform welding while ensuring the optimum irradiation angle while keeping the part always in focus with the laser beam The welding length according to the required strength can be ensured, and strong fixation is possible.
[0021]
In addition, a cutting punch for dividing and cutting a continuous fin material into a fin end and a start end, and a punch shape that forms a chamfer of the fin end and the fin start end in a direction of contact with the fin tube in a direction substantially half the fin width, It is a thing.
[0022]
As a result, the fin is extended from the tube by the pushing roller, the initial winding roller is swung to apply a bending moment to the fin, and the tube is formed by chamfering in the tube contact direction at the fin end. The distance from the contact position to the fin end can be secured, the load required for bending can be kept below the allowable load of the fin, and the entire inner periphery of the fin contacts the tube without causing fin deformation The initial winding function can be built in the winding device.
[0023]
Furthermore, the swivel center of the initial winding roller is decentered from the winding center in the direction opposite to the pressing roller and toward the winding start point of the fin, and the initial winding roller return position from the tube to the pressing roller side is the linear portion of the fin. And is used as a guide roller for fins.
[0024]
As a result, the point of contact between the linear fin extending from the tube and the initial winding roller can be moved away from the tube, the moment load can be increased, the bending can be started easily, and the tube and the swivel angle are advanced. By reducing the distance between the roller and the tube at the end position of the initial winding, the load in the direction of pressing the fin end against the tube can be applied, and the outer shape of the initial winding becomes closer to a circle. In addition, at the return position, it can function as a guide roller for the fin in the winding process, and it can be easily incorporated into the winding device by having a simple structure.
[0025]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of a spiral fin fixing device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same structure as the past, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0026]
In the figure, 21 is a winding device for winding the fin 1 around the tube 2 in a spiral shape, 22 is a main body base, 23 is a slide rail, 24 is a table, 25 is a rotary chuck, 26 is a rotary motor, and the table 24 A rotary chuck 25 and a rotary motor 26 that rotates the rotary chuck 25 are mounted on the tube. The tube 2 is clamped by the rotary chuck 25 and is rotated along the slide rail 23 while the tube 2 is rotated by the rotary motor 26. .
[0027]
Reference numeral 27 denotes a pressing roller, and reference numeral 28 denotes a pressing motor. The fin 1 is pressed into the winding unit 29 by being sandwiched between a pair of pressing rollers 27 and being rotated by the pressing motor 28.
[0028]
Reference numeral 30 denotes a laser oscillator, 31 denotes an optical fiber, 32 denotes a laser emission barrel, 33 denotes an articulated robot, and laser light from the laser oscillator 30 is guided to the emission barrel 32 by the optical fiber 31, and the emission barrel The light is focused on one point by the focusing lens housed in the lens 32. The output lens barrel 32 is positioned by the articulated robot 33 so that the focal point 34 of the laser beam is located at the contact portion between the fin 1 and the tube 2.
[0029]
Reference numeral 35 denotes a cutting unit, which constitutes a general punch press in which a cutting punch 37 attached to a punch cylinder 36 and a die 38 are combined, and the fin 1 is moved to the side perpendicular to the length direction and the tube 2. The cutting punch 37 and the die 38 are formed in a shape in which a chamfered edge having a size approximately half the width of the fin 1 is formed on both sides of the cutting portion on the winding side.
[0030]
Reference numeral 39 denotes a supply unit for the fin 1, which supplies the fin 1 from the punch unit 35 to the pushing roller 27 by a pair of feed rollers 40 that sandwich the fin 1 and a feed motor 41 that rotates the pair.
[0031]
The winding unit 29 includes a unit base 42, an initial winding roller 43, a turning lever 44, a pinion gear 45, a rack 46, a holding roller 47, and an initial bending cylinder 48.
[0032]
A turning lever 44 provided with an initial winding roller 43 at one end is rotatably supported by the unit base 42, and a pinion gear 45 is fixed to a shaft portion of the turning lever 44 installed on the back surface of the unit base 42, and meshes with the pinion gear 45. The initial winding roller 43 is turned by sliding the rack 46 slidably held by the holding roller 47 back and forth by the initial winding cylinder 48.
[0033]
49 is a winding center which is the center of the tube 2 to be wound, 50 is a turning center of the turning lever 44, and the turning center 50 is in a lateral direction opposite to the pushing roller 27 with respect to the winding center 49. Each is eccentric in the standing direction to the winding start point A. In this embodiment, both eccentricity are set to approximately one third of the outer diameter of the tube 2 in both the horizontal and vertical directions.
[0034]
Further, the guide roller of the fin 1 is positioned so that the outer periphery of the initial winding roller 43 is in contact with the linear portion outside the winding on the side of the pressing roller 27 from the winding start point A of the fin 1 when the initial winding cylinder 48 is returned. It has the function of.
[0035]
Reference numeral 51 denotes a pressing roller, which is provided on a swing lever 53 supported by a swing shaft 52. In the swing cylinder 53, the pressing position where the distance between the tube 2 and the pressing roller 51 matches the width of the fin 1 and initial winding are provided. The swinging cylinder 54 is reciprocally swung so as to be in a retracted position that does not interfere when the roller 43 is swung.
[0036]
55 is a clamp roller, 56 is a clamp cylinder, and the clamp roller 55 forms a groove that abuts along the outer periphery of the wound fin 1, the outer diameter part abuts the tube 2, and the fin 1 is moved by the clamp cylinder 56. The tube 2 is pressed against the tube 2, and the laser beam is focused on and joined to the contact portion between the fin 1 and the tube 2 pressed by the clamp roller 55.
[0037]
Next, the operation of the spiral fin fixing device configured as described above will be described. The fin 1 is cut into a fin end shape having a chamfer formed by the cutting unit 35, is sandwiched between the feed rollers 40, and is fed between the push rollers 27 by the rotation of the feed motor 41. On the other hand, the tube 2 passes through the winding unit 29 with its tip clamped by the rotary chuck 25.
[0038]
In the winding unit 29, the swing lever 53 is moved to the retracted position by the swing cylinder 54, and the pushing roller 27 and the feed roller 40 rotate in synchronism so that the starting end of the fin 1 passes through the upper surface of the tube 2. By extending the rack 46 with the initial winding cylinder 48 and extending the pinion gear 45 meshed with the rack 46, the initial winding roller 43 attached to the swing lever 44 has the swing center 50 as the axis. Rotate around tube 2.
[0039]
Since the turning center 50 is eccentric in the fin end direction from the winding center which is the center of the tube 2, the initial winding roller 43 is in the fin end direction from the winding start point A which is the contact point between the fin 1 and the tube 2. Contact the fin 1.
[0040]
When the turning lever 44 is rotated, couples are generated at the contact point between the initial winding roller 43 and the fin 1 and the contact point between the tube 2 and the fin 1, and this becomes a bending moment with respect to the fin 1. Is bent at the point of contact with the tube 2 and winding around the tube 2 proceeds. As the winding of the fin 1 around the tube 2 progresses, the extension distance of the fin end from the tube 2 decreases, but the turning center 50 is also eccentric in the direction of the winding start point A. As the lever 44 moves at the turning angle, the distance between the initial winding roller 43 and the tube 2 also decreases, and rotates in such a manner as to follow the fin end.
[0041]
Since the inner peripheral side of the fin end is chamfered, a straight portion remains on the outer peripheral side of the fin end even when the inner peripheral end is in contact with the tube 2, and this portion and the initial winding roller 43 are By contacting, a sufficient bending moment can be applied even when the winding of the inner peripheral end is completed.
[0042]
Further, when the turning angle of the turning lever 44 is advanced, the linear fin before the initial winding is set so that the initial winding roller 43 comes off the fin end at a position where the distance between the initial winding roller 43 and the tube 2 is slightly narrower than the width of the fin 1. Since the extension distance from the tube 2 of 1 is set, the fin end is pushed in the tube 2 direction slightly at the initial winding completion position, and the contact portion with the tube 2 on the inner periphery of the fin is sufficiently At the same time, the remaining straight portion is pushed in the inner peripheral direction, and the fin end initial winding is completed without the fin end outer periphery protruding from the winding outer peripheral circle.
[0043]
When the initial winding lever 44 is returned, the initial winding roller 43 returns to a position where it comes into contact with the outside of the linear portion of the fin 1 near the pressing roller 27 from the winding start point A, and then the swing lever 53 is pressed by the swing cylinder 54. And the pressing roller 51 is held at a position where the distance from the tube becomes the width of the fin 1.
[0044]
Next, when the fin is pushed by the pushing roller 27, couples are generated at the initial winding roller 43, the winding start point A of the tube, and the pressing roller 51 at three points, and the bending moment becomes the same as that of the initial winding. The tube 2 is wound around the pushed amount.
[0045]
When the fin end reaches the position of the clamp roller 55, the clamp cylinder 56 presses the outer periphery of the fin end against the inner periphery with the clamp roller 55, the inner periphery of the fin 1 is brought into close contact with the tube 2, and the laser emitting mirror held by the articulated robot 33. The articulated robot 33 is driven so that the focal point 34 of the laser light emitted from the tube 32 is located, and a predetermined length is moved along the curved surface on the outer periphery of the tube 2 from the closely contacted portion of the fin end. Part and the starting end of the fin 1 is fixed to the tube 2.
[0046]
When the rotary chuck 25 is rotated from this state, the tube 2 is rotated, and the fin 1 is wound from the start end of the fin 1 fixed to the tube 2. In synchronism with this, winding is easily performed by pushing the fin 1 with the pushing roller 27. Further, by causing the table 24 to travel a certain amount along the slide rail 24 in accordance with the rotation angle of the rotary chuck 25, spiral spiral fins at regular intervals are continuously formed on the tube 2.
[0047]
When the required amount of spiral fins is formed, the outer periphery of the fins is again pressed by the clamp roller 55, and the focal point 34 of the laser beam is positioned at the contact portion between the fin 1 and the tube 2 in the same manner as fixing the fin start end. Is driven to perform laser welding, and the fin 1 is temporarily fixed to the tube.
[0048]
Simultaneously with this temporary fixing, the punch cylinder 36 pushes the cutting punch 37 into the die 38 and cuts the continuous fin 1 into the above-described fin end shape, thereby forming a fin end having a chamfer on the winding inner peripheral side. Is done.
[0049]
By continuing the winding while the feed motor 41 is stopped, the fin 1 is wound around the tube 2 while leaving the starting end of the fin used for the next product on the cutting unit 29, and the fin end is wound in the same shape as the starting end. Complete the attachment.
[0050]
When the rotary chuck 25 is further rotated, the terminal end reaches the position of the fin clamp 55, and the clamp roller 55 presses the outer periphery of the fin to be in close contact with the tube. In this operation, the fin 1 wound in a close contact state does not loosen until the end of the fin 1 reaches the pressing roller 51, but until the fin end passes through the pressing roller 51, the fin 1 is not pressed until it is pressed by the fin clamp 55. Although the function of close contact holding is lost for a short time and loosening occurs, the fin 1 has already been temporarily fixed to the tube 2 and the winding length to the end is very short. Even if this occurs, there is no problem with respect to the overall adhesion performance.
[0051]
Laser welding by laser light irradiation similar to that at the start end is performed on the inner periphery of the end of the fin 1, and the fin 1 is fixed to the tube 2.
[0052]
The spiral fin fixing device of the present invention controls the irradiation position of the laser beam by the articulated robot 33, and laser welding can be completed in a short time. It is also possible to fix them partially.
[0053]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the spiral fin fixing device according to the present invention includes a pair of pressing rollers that rotate while sandwiching a continuous fin material, and winding of the linear portion of the fin on the pressing roller side from the tube. An initial winding roller that holds the outside, a winding roller that pivotally supports the outer periphery of the tube so as to face the pressing roller, a pressure roller that presses the wound fin against the tube, and a laser oscillator A laser emitting barrel that irradiates laser light, the end of the fin extended from the tube by the pressing roller is wound around the tube by the initial winding roller, and the winding of the fin around the tube is advanced by the pressing roller and the pressing roller. Since the end is pressurized to the tube with a clamp roller, the contact portion between the fin and the tube is irradiated with a laser beam to melt and bond the fin and the tube. The fins can be firmly fixed without the need for additional parts, and the end of the winding is pressed with a clamp roller and the tube is in close contact with the tube. Since it is fixed by irradiating light, it is possible to manufacture a spiral fin tube type heat transfer tube with high heat exchange performance without causing loosening of the fins.
[0054]
In addition, it is equipped with an articulated robot that guides the laser light from the laser oscillator to the laser emitting barrel with an optical fiber and holds the laser emitting barrel, and the laser light emitted from the emitting barrel is transmitted to the contact portion between the fin and the tube. Since the fin and tube are joined by burning along the circumferential direction of the tube, the fin is pressed near the end of the fin without rotating the tube by pressing the fin against the tube with the clamp roller at the start and end of the winding of the fin. The contact part between the fin and tube can be welded with the curved part along the circumferential direction always in focus with the laser beam and ensuring the optimum irradiation angle, depending on the required strength Since the welding length can be ensured, it is possible to fix more firmly.
[0055]
In addition, a cutting punch for dividing and cutting a continuous fin material into a fin end and a start end, and a punch shape that forms a chamfer of the fin end and the fin start end in a direction of contact with the fin tube in a direction substantially half the fin width, As a result, it is possible to extend the fin from the tube with the pushing roller, and to contact the entire inner periphery of the fin with the tube without causing the fin deformation in the initial winding and the final winding. A highly productive fixing device that can incorporate a winding function and does not require a transfer process can be provided.
[0056]
Furthermore, the pivot axis of the initial winding roller is eccentric from the tube axis in the direction opposite to the pushing roller and toward the winding start position of the fin, and the return position of the initial winding roller is set to the fin on the pushing roller side from the tube. Since it is also used as a fin guide roller by contacting with the winding outside of the straight part, it can function as a fin guide roller in winding processing at the return position while performing reliable initial winding. By adopting a simple structure, it is easier to incorporate into the winding device.
[0057]
In addition to fixing both ends of the fin to prevent hot water, it is also possible to partially join any part of the spiral fin, so it can be used as a means to prevent the fin from loosening when it is molded into a complicated shape. Can be applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an entire spiral fin fixing device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a winding unit according to the embodiment. 4 is a perspective view showing a state of fixing a fin end by laser welding according to the embodiment. FIG. 5 is a perspective view showing a state of fixing a fin end by laser welding according to the embodiment. FIG. FIG. 7 is a perspective view of a fixing method using high-frequency resistance welding in a conventional example. FIG. 8 is a perspective view of a fixing method using fin caulking in a conventional example. FIG. 9 uses another part of the conventional example. FIG. 10 is a perspective view of a conventional initial winding device. FIG. 11 is a perspective view showing a fin end shape by a conventional initial winding device.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fin 2 Tube 27 Pushing roller 30 Laser oscillator 31 Optical fiber 32 Laser emitting barrel 33 Articulated robot 37 Cutting punch 43 Initial winding roller 49 Winding center 50 Turning center 51 Pressing roller 55 Fin clamp A Winding start point

Claims

A pair of push rollers that rotate while sandwiching a continuous fin material, an initial winding roller that holds the winding outside of the linear portion of the fin on the push roller side from the tube, and swings the tube outer periphery facing the push roller A fin that extends from the tube by a pressing roller, and includes a pressing roller that is pivotally supported, a fin clamp that presses the wound fin onto the tube, and a laser emitting barrel that emits laser light from a laser oscillator. The end is wound around the tube by the initial winding roller, the winding of the fin around the tube is advanced by the pressing roller and the pressing roller, and the laser beam is applied to the contact portion of the fin and the tube while the fin end is pressed against the tube by the clamp roller. Spiral fin fixing device that joins the fin and the tube by irradiating.

An optical fiber guides the laser beam from the laser oscillator to the laser emitting barrel, and has an articulated robot that holds the laser emitting barrel. The laser beam emitted from the emitting barrel is used as a tube at the contact point between the fin and the tube. The spiral fin fixing device according to claim 1, wherein the fin and the tube are joined by burning along the circumferential direction.

A cutting punch that splits and cuts a continuous fin material into a fin end and a start end, and the shape of the fin end and the fin start end is a punch shape that forms a chamfer that is approximately half the fin width in the direction of contact with the fin tube. The fixing device of the spiral fin of Claim 1 or Claim 2.

The swivel center of the initial winding roller is decentered from the winding center in the direction opposite to the pressing roller and toward the winding start point of the fin, and the return position of the initial winding roller is set to the linear portion of the fin on the pressing roller side from the tube The spiral fin fixing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the fixing device is in contact with a winding outer side and is also used as a fin guide roller.