JP3692654B2 - 偏平チューブのロール成形方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は，熱交換器等に用いられる中央に補強部を備えた偏平チューブをロール成形する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
車両用のラジエータや温水式暖房装置等の熱交換器には，熱交換用の流体を流通させる偏平チューブが用いられている。そして，この偏平チューブは，熱交換器の容器（タンク等）にロウ付けされている。
そして，この偏平チューブを幅の広い熱交換器に適用するものとして，図３３に示すように，中央に補強部９１を設けた断面θ形状の偏平チューブ９０が提案されている（特開平６−１２３５７１号公報参照）。この補強部９１は，板材の両端を垂直に折り曲げたエッジ部９１１と，板材の中央部を山形に折り返してなる突部９１２とからなり，両部９１１，９１２はロウ付けにより接合されている。
【０００３】
そして，偏平チューブ等の長尺の部材を冷間で連続的に成形し量産する方法としてロール成形法が知られている。
例えば，特公平７−４１３３１号公報では，ロール成形により帯板の両側部を直角に折り曲げる方法として，略４５度に折り曲げる工程と，略７０度に折り曲げる工程と，略９０度に折り曲げる工程の３工程に分けて成形する方法が提案されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
前記のように，図３３に示す偏平チューブ９０の補強部９１は，垂直に曲げたエッジ部９１１と，山形に折り返してなる突部９１２とからなり，両部９１１，９１２の間に大きな隙間（窪み９２５）が生じないように成形すると共に両部９１１，９１２をしっかりと接合する必要がある。
エッジ部９１１と突部９１２との間の窪み９２５が大きいと，偏平チューブ９０をタンク等の容器９９にロウ付けした場合に，ロウ付けにより埋めきれない隙間が残り，漏れ等の不具合を生ずるからである。そのためには，エッジ部９１１の外側における曲率半径９２１と突部９１２の頂部の曲率半径９２２とを共に小さくする必要がある。
【０００５】
しかしながら，上記エッジ部９１１及び突部９１２の曲げ部の曲率半径９２１，９２２を小さくし，精度よく高速でロール成形することは，極め困難であった。
例えば，上記突部９１２をロール成形する場合には，図３０に示すように，帯状の板９４の横幅を引き込み（狭め），図３１に示すように三角形の山形の突部９５を形成し，ロール成形のステップ毎に突部９５の山の角度αを順次鋭角化して成形する。
【０００６】
しかしながら，この成形時に突部９５の山の頂部に引張応力が働き，大きく成形すると頂部がくびれて薄肉化し，更に頂部の曲率を大きくすると破断する等の不具合を生ずることになる。 即ち，図３０に示すように，帯状の板材９４をロールの間に挟持し幅方向から材料を引き込み山形の突部を成形する場合には，以下に述べるように突部９５の山の頂部には幅方向への引張応力Ｔが働くことになる。
【０００７】
上記引張応力Ｔを構成する第１の要素は，材料が引き込まれるときの変形抵抗によるものであり，これは平坦部（非山部）の剪断抵抗に起因するものである。即ち，長手方向の単位長さ当たりに頂部に働く引張力をＲ（図３１）とするとＲは次式となる。
Ｒ＝Ｓa ×σａ ・・・（１）
ここで，Ｓａは平坦部（非山部）の横断面積（図３１に示す非山部の横幅ｗ×板厚ｔ）であり，σａは材料の変形抵抗（応力）である。
【０００８】
上記引張応力Ｔを構成する第２の要素は，山の頂部の曲げ応力σｖ（図３１参照，同様に長手方向の単位長さ当たりとする）によるものであり，上記引張力Ｒによるものと合わせて引張応力Ｔは次式となる。次式においてｔは材料の板厚である。
Ｔ＝（Ｒ／ｔ）＋σｖ＝（Ｓa ×σａ）／ｔ＋σｖ ・・・（２）
【０００９】
そして，上記引張応力Ｔが材料の引っ張り強さ以上となると，図３２に示すように，頂部にくびれ９５１が生ずることになる（くびれにより板厚ｔがｔ’に変化する）。
そのため，材料の引き込み量と曲げ量（曲率）とを制限しつつ成形する必要があり，山の頂部等の曲率は余り大きくすることが出来ないと共に多段階に成形する必要がありロール成形の工程数が多くなる。
【００１０】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものとであり，中央に折り返した突部を有する補強部を備えた偏平チューブについて，上記補強部の曲げ部の曲率を大きくとり補強部の窪みを小さくし，高精度かつ高速でロール成形する方法及び装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，次ぎの４つのロール成形工程からなる。
第１のロール成形工程では，帯板の幅方向中央部に台形形状の突出部を形成する（図２（ｂ）参照）。次ぎに，第２のロール成形工程では，上記台形の上辺の幅を順次狭めて略三角形の突出部としたのち突出した２辺の内側を密着させて折り返し突部を形成する（図２（ｃ）〜（ｅ）参照）。そして，第３のロール成形工程では，帯板の横幅方向両端に上記折り返し突部の高さ以下の垂直方向折り曲げ部を形成する（図３（ｂ）参照）。最後の第４のロール成形工程では，上記垂直方向折り曲げ部と前記折り返し突部との中間を半円形状に折り曲げ平板部分を互いに平行にすると共に上記折り曲げ部を上記折り返し突部の両側面に密着せる（図３（ｃ）〜（ｅ）参照）。
【００１２】
本発明において，最も注目すべきことは，第１，第２工程にあり，帯板の幅方向中央部に台形形状の突出部を形成し，上記台形の上辺の幅を順次狭めて略三角形の突出部としたのち突出した２辺の内側を密着させて折り返し突部を形成することにある。
即ち，折り返し突部（前記図３３の突部９１２参照）を成形する場合に，図２（ｂ）に示すように，始めに台形の突部を形成する。
【００１３】
その結果，以下に述べるように前記（１）式に示す引張力Ｒの大きさが小さくなり，また，台形における曲げ部の曲率半径が大きくなるため曲げ応力σｖも小さくなると共に応力の働く領域が分散され，（２）式で示す引張応力Ｔも小さくなる。
即ち，（１）式における非山部（平坦部）の横幅ｗが狭くなるため，平坦部（非山部）の横断面積Ｓａが小さくなり，引張力Ｒが減少する。
そのため，突部の曲げ部にくびれが生じ難くなる。
【００１４】
また，台形の上辺の幅を順次狭めて曲げ部の位置を移動させるから，上記引張応力Ｔが１箇所に集中せず移動し，これによりくびれが更に生じ難くなる。そして，このようなステップを経て曲げ部の曲率を大きくし，最終段階として略三角形の突出部として突出した２辺の内側を密着させて折り返し突部を形成する。
そのため，本発明のロール成形方法によれば，くびれを生ずることなく従来よりも大きな曲率で内側を密着させた折り返し突部を高速に成形することが可能となる。
【００１５】
なお，請求項２記載のように，上記第２のロール成形工程には，更に，上記折り返し突部を上部から据え込み押圧し曲部の曲率半径を低減して角形形状化する押圧成形工程を加えることが好ましい。
即ち，詳細を実施形態例で詳述する図１１に示すように，折り返し突部（図２（ｅ）の符号４３参照）を上部から押圧することにより，突部の頂部を平坦化する（図２（ｆ）参照）と共に頂部両側の曲率を一段と大きくすることができる。その結果，この折り返し突部と垂直方向折り曲げ部との間に形成される窪み（前記図３３の符号９２５参照）を小さくすることが可能となる。
【００１６】
そして，請求項３記載のように，垂直方向折り曲げ部を形成する第３ロール成形工程は，曲げ角３０°〜６０°の中間角度に折り曲げる中間曲げ工程（図３（ａ）参照）と，上記中間角度に折り曲げた曲折部を板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさだけ端部から曲げ開始部側に据え込みつつ垂直方向に折り曲げる最終曲げ工程（図３（ｂ）参照）とにより構成することが好ましい。
即ち，第１の効果として，垂直方向に曲げる前に，曲げ角３０°〜６０°の中間角度に折り曲げることとにより，前記の曲げ応力を分散しくびれ等を抑制することができる。
【００１７】
そして，特に注目すべきことは，図２３に示すように，中間角度に折り曲げた曲折部を垂直に曲げる際，板厚ｔの０．６〜１．６倍の範囲にあるΔだけ端部から曲げ開始部側に据え込みつつ垂直方向に折り曲げることである。同図の（ａ）は上記据え込みを行わずに端部を曲げた場合であり，曲げ部５１２の曲率半径は大きくなる。そして，同図（ｂ）は，上記のようにΔだけ据え込んで端部を曲げた場合を示し曲げ部５１２の曲率半径は小さくなる。
【００１８】
即ち，板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさの適度な据え込みを行うことにより，垂直方向にに曲げる曲げ部５１２の曲率を大きくすることでき，その結果曲げ部の外側の曲率半径を板厚ｔ以下の好ましい値とすることが可能となる。
詳細を後述するように，据え込み量が０．６ｔよりも少ないと，曲げ部の外側の曲率半径を板厚ｔ以下とすることができず，据え込み量が１．６ｔを越えると据え込み過剰による変形（図２４，図２８参照）が曲げ部等に生ずるようになるからである。
【００１９】
なお，上記の好ましい曲率半径ｒの値（ｒ≦ｔ）は，偏平チューブを容器にロウ付けする場合に，不適当に大きな窪み（図３３の符号９２５）を作らないようにするための基準となる値である。
【００２０】
また，請求項４に記載のように，上記垂直方向折り曲げ部と前記折り返し突部との中間を半円形状に折り曲げる際には，上記垂直方向折り曲げ部側から上記半円折り曲げ部側に向かう押圧力Ｆを加えながら折り曲げることが好ましい（図２５参照）。
上記押圧力Ｆを加えずに折り曲げた場合には，図２９に示すように，曲げ不足により所望の曲げ曲線との間に隙間δを生ずるが，上記押圧力を加えることにより，図２５に示すように隙間δを解消することが可能となるからである。
【００２１】
そして，請求項５記載のロール成形装置は，請求項１記載のロール成形工程を実現する装置であり，請求項６記載のロール成形装置は，請求項２記載のロール成形工程を実現する装置である。また，請求項７記載のロール成形装置は，請求項３記載のロール成形工程を実現する装置であり，請求項８記載のロール成形装置により，請求項４記載のロール成形工程を実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本例は，長尺の１枚の帯板４０（図２（ａ））を順次折り曲げて断面がθ形状を有する中央に補強部を備えた偏平チューブ８１（図３（ｅ））を成形する偏平チューブ８１のロール成形装置１（図１）である。
【００２３】
ロール成形装置１は，図１に示すように，帯板４０の幅方向中央部に台形形状の突出部４１６（図２（ａ））を形成する第１のロール成形手段１１（図４）と，台形の上辺の幅Ｌ１（図２（ａ））を順次狭めて略三角形の突出部４２６（図２（ｃ））としたのち突出した２辺の内側を密着させた折り返し突部４３，４４（図２（ｄ）（ｅ））を形成する第２のロール成形手段１２〜１８（図５〜図１１）と，帯板４０の横幅方向両端に折り返し突部４４の高さＨ以下の垂直方向折り曲げ部４５６（図３（ｂ））を形成する第３のロール成形手段２１，２２（図１２，図１３）と，垂直方向折り曲げ部４５６と折り返し突部４４との中間を半円形状に折り曲げ平板部４６８，４６９（図３（ｅ））を互いに平行にすると共に折り曲げ部４５６を折り返し突部４４の両側面に密着せる第４のロール成形手段２３〜２８（図１４〜図１９））とを備えている。
【００２４】
また，第２のロール成形手段１２〜１８は，折り返し突部４３を上部から据え込み押圧し曲部の曲率半径を低減して角形化する押圧成形手段１８（図１１）を含んでいる。
そして，垂直方向折り曲げ部４５６を形成する第３ロール成形手段２１，２２は，図３（ａ）に示すように曲げ角３０°〜６０°の中間角度４５°に折り曲げる中間曲げロール成形手段２１（図１２）と，中間角度に折り曲げた曲折部４５５（図３（ａ））を，図２３に示すように板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさΔだけ端部５１１から曲げ部５１２側に据え込みつつ垂直方向に折り曲げる最終曲げロール成形手段２２（図１３）からなる。
【００２５】
また，第４ロール成形手段２３〜２８は，垂直方向折り曲げ部４５６と折り返し突部４４との中間を半円形状に折り曲げる際に，図２５に示すように，上記垂直方向折り曲げ部４５６側から半円折り曲げ部４６７側に向かう押圧力Ｆを加える押圧ロール成形手段２５〜２７（図１６〜図１８）を有する。
【００２６】
以下それぞれにつき説明を補足する。
本例が成形する偏平チューブ８１（図２７）は，車両用のラジエータや温水式暖房装置等の熱交換器に用いられるものであり，材料はアルミニウムからなり，板厚ｔは約０．２５〜０．３０ｍｍの範囲にあり，図２７に示す横幅Ｄは約１６〜２７ｍｍであり，高さｈは約１．４〜１．８ｍｍの範囲である。従って，素材の帯板４０（図２（ａ））の幅は，約４０〜６０ｍｍの範囲である。
【００２７】
ロール成形装置１は，図１に示すように，ロールの回転軸心が水平であるロール成形手段１１〜１５，１８，２１〜２８と，ロールの回転軸心が垂直であるロール成形手段１６，１７とからなる。
始めに，図４に示すロール成形手段１１により，図２（ｂ）に示すように，台形の上辺Ｌ１の幅の大きい台形の突部４１６を成形する。そして，図５〜図７に示すロール成形手段１２〜１４により，図２（ｂ），（ｃ）に示すように上記台形の上辺の幅Ｌ１を順次縮小する。
【００２８】
そして，図８に示すロール成形手段１５により，図２（ｄ）に示すように，突部の形状が三角形の突部４２６を形成する。
次に，図９，図１０に示すロールの回転軸が垂直であるロール成形手段１６，１７により，図２１，図２２に示すように，突出部４２６の突出した２辺の内側を密着させ，折り返し突部４３を形成する。
続いて，ロールの回転軸心が水平である図１１に示すロール成形手段１８により，折り返し突部４３を上部から据え込み押圧し曲部の曲率半径を低減して角形形状化し，図２（ｆ）に示す折り返し突部４４を形成する。
【００２９】
上記のような手順により成形することにより，第１に，図２０に示すように台形の突部４１６の成形時には，非山部（平坦部）の横幅ｗ’が図３０に示した横幅ｗよりも狭くなるため，平坦部（非山部）の横断面積Ｓａが小さくなり，前記（１）式における引張力Ｒが減少する。
また，台形の上辺Ｌ１の幅を順次狭めて曲げ部の位置を移動させるから，前記引張応力Ｔが１箇所に集中しない。そのため，突部にくびれ（図３２符号９５１）等が生じなくなる。
【００３０】
また，ロール成形手段１８（図１１）により折り返し突部４３を上部から据え込み押圧する成形工程を含むから，頂部を平坦化すると共に頂部両側の曲率を一段と大きくすることができる。その結果，図２（ｆ）に示す偏平チューブ８１の折り返し突部４４の頂部が平坦になり，本例では頂部両側部４４１の曲率半径を０．２５ｍｍ以下とすることが出来た。
【００３１】
次に，図３（ａ）に示すように，ロール成形手段２１（図１２）により折り返し突部４４を形成した中間成形体の両側部４５５を４５°の角度に折り曲げる。
続いて，図３（ｂ）に示すように，ロール成形手段２２（図１３）により，上記両側部４５５を垂直方向に折り曲げ垂直方向折り曲げ部４５６を形成する。この時，図２３に示すように，板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさΔだけ端部５１１から曲げ部５１２側に向けて据え込みつつ側部４５５を垂直方向に折り曲げる。
【００３２】
そして，この据え込み量Δを板厚ｔの０．６〜１．６倍の間にすることにより，座屈や変形等を発生させず垂直方向にに曲げた曲げ部５１２の曲率を大きくすることでる。その結果，曲げ部５１２の外側の曲率半径を板厚ｔ以下の好ましい値とすることが可能となる。
図２４は，据え込み量の大きさ（相対値＝Δと板厚ｔとの比率）と曲げ部５１２の外側の曲率半径（相対値＝曲率半径と板厚ｔとの比率）との関係を図示したものである。同図から分かるように，据え込み量の大きさ０．６ｔ以上とすることにより，曲率半径を好ましい大きさである目標の板厚ｔ以下にすることができる。
【００３３】
しかしながら，据え込み量Δを１．６ｔより越えて大きくすると，図２８に示すように，曲げ部４５２近傍が例えば波打つように変形し，２．０ｔでは座屈現象が観測された（図２４の×印）。
それ故，据え込み量は０．６〜１．６ｔの範囲が好適である。
【００３４】
次に，ロール成形手段２３（図１４）により，垂直方向折り曲げ部４５６と折り返し突部４４との中間を３０°に折り曲げる。
続いて，図３（ｃ），図３（ｄ）に示すように，ロール成形手段２４〜２７（図１５〜図１８）により，垂直方向折り曲げ部４５６と折り返し突部４４との中間を６０°，１０５°（図示略），１２０°（図示略），１５０°に順次折り曲げる。
【００３５】
この時，図２５に示すように，垂直方向折り曲げ部４５６側から半円折り曲げ部４６７側に向かう押圧力Ｆを加えながら折り曲げる。その結果，図２５に示すように，ロール成形手段２５〜２７の上ロール２９１及び下ロール２９５の内壁２９２，２９６と成形体との間に隙間が生じないようになる。即ち，上記押圧力Ｆを加えずに折り曲げた場合には，図２９に示すように，上ロール２９１及び下ロール２９５の内壁２９２，２９６によって形成される所望の曲げ曲線と成形体との間に隙間δを生ずるが，上記押圧力Ｆを加えることにより，本例では隙間δを完全に解消することが可能となる。
【００３６】
なお，本例では，上記押圧力Ｆを発生させるための上ロール２９１による押し込み量Ｐ（図２６）は約０．２ｍｍである。
そして，最後に成形ロール２８（図１９）により平板部４６８，４６９（図３（ｅ））を互いに平行にすると共に折り曲げ部４５６を折り返し突部４４の両側面に密着せる。
【００３７】
そして，図１に示す搬送用のロール３０により成形品を次工程に送り込む。
上記のように，本例によれば，垂直方向折り曲げ部４５６における曲げ部５１２の曲率半径が板厚ｔ以下であり，折り返し突部４４の頂部が平坦で頂部両側部４４１の曲率半径が０．２５ｍｍ以下であり垂直方向折り曲げ部４５６との間に形成される上面の窪みの少ない極めて良好な偏平チューブ８１を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例のロール成形装置のロールの配置図。
【図２】実施形態例の第１，第２ロール成形工程における材料の成形態様を示す図。
【図３】実施形態例の第３，第４ロール成形工程における材料の成形態様を示す図。
【図４】実施形態例の第１ロール成形手段におけるロールの型形状を示す図。
【図５】実施形態例の第２ロール成形手段における第１ステップのロールの型形状を示す図。
【図６】実施形態例の第２ロール成形手段における第２ステップのロールの型形状を示す図。
【図７】実施形態例の第２ロール成形手段における第３ステップのロールの型形状を示す図。
【図８】実施形態例の第２ロール成形手段における第４ステップのロールの型形状を示す図。
【図９】実施形態例の第２ロール成形手段における垂直の回転軸を有する第５ステップのロールの型形状を示す図。
【図１０】実施形態例の第２ロール成形手段における垂直の回転軸を有する第６ステップのロールの型形状を示す図。
【図１１】実施形態例の第２ロール成形手段における折り返し突部を据え込み押圧する第７ステップのロールの型形状を示す図。
【図１２】実施形態例の第３ロール成形手段における中間曲げ工程のロールの型形状を示す図。
【図１３】実施形態例の第３ロール成形手段における最終曲げ工程のロールの型形状を示す図。
【図１４】実施形態例の第４ロール成形手段における角度３０°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１５】実施形態例の第４ロール成形手段における角度６０°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１６】実施形態例の第４ロール成形手段における角度１０５°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１７】実施形態例の第４ロール成形手段における角度１２０°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１８】実施形態例の第４ロール成形手段における角度１５０°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１９】実施形態例の第４ロール成形手段における角度１８０°に折り返すロールの型形状を示す図。
【図２０】実施形態例の第１ロール成形工程における台形の突部と平坦部とを帯板（破線）と重ねて示した図。
【図２１】図９のロール成形手段の要部を拡大して示した図。
【図２２】図１０のロール成形手段の要部を拡大して示した図。
【図２３】実施形態例の第３ロール成形工程において端部から曲げ部側に据え込みつつ曲げた場合の成形形状（ｂ）と，据え込み無しで曲げた場合の成形形状（ａ）。
【図２４】図２３において据え込み量Δを変化させた場合の曲げ部の曲率半径の変化を示す図。
【図２５】実施形態例の第４ロール成形工程において垂直方向折り曲げ部側から半円折り曲げ部側に向けて押圧力Ｆを加えた場合の成形体の曲げ形状を示す図。
【図２６】実施形態例の第４ロール成形工程において垂直方向折り曲げ部側から半円折り曲げ部側に向けて押圧力Ｆを加える為に型に加える変形量Ｐを示す図。
【図２７】実施形態例において成形する偏平チューブの断面図。
【図２８】実施形態例の第３ロール成形工程において端部から曲げ部側に加える据え込み量を過大にした場合の曲げ部の変形の１例を示す図。
【図２９】実施形態例の第４ロール成形工程において垂直方向折り曲げ部側から半円折り曲げ部側に向けて押圧力Ｆを加えないで成形した場合の型と成形体との間に生ずる隙間δを示す図。
【図３０】帯状の板をロール成形して山形の突部を成形する場合の材料の変形態様を示す図。
【図３１】図３０の突部を拡大した図。
【図３２】図３１の突部が変形する態様を示した図。
【図３３】従来の方法で成形した偏平チューブの断面形状を示す図。
【符号の説明】
１１．．．第１ロール成形手段，
１２〜１８．．．第２ロール成形手段，
２１，２２．．．第３ロール成形手段，
２３〜２８．．．第４ロール成形手段，
【技術分野】
本発明は，熱交換器等に用いられる中央に補強部を備えた偏平チューブをロール成形する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
車両用のラジエータや温水式暖房装置等の熱交換器には，熱交換用の流体を流通させる偏平チューブが用いられている。そして，この偏平チューブは，熱交換器の容器（タンク等）にロウ付けされている。
そして，この偏平チューブを幅の広い熱交換器に適用するものとして，図３３に示すように，中央に補強部９１を設けた断面θ形状の偏平チューブ９０が提案されている（特開平６−１２３５７１号公報参照）。この補強部９１は，板材の両端を垂直に折り曲げたエッジ部９１１と，板材の中央部を山形に折り返してなる突部９１２とからなり，両部９１１，９１２はロウ付けにより接合されている。
【０００３】
そして，偏平チューブ等の長尺の部材を冷間で連続的に成形し量産する方法としてロール成形法が知られている。
例えば，特公平７−４１３３１号公報では，ロール成形により帯板の両側部を直角に折り曲げる方法として，略４５度に折り曲げる工程と，略７０度に折り曲げる工程と，略９０度に折り曲げる工程の３工程に分けて成形する方法が提案されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
前記のように，図３３に示す偏平チューブ９０の補強部９１は，垂直に曲げたエッジ部９１１と，山形に折り返してなる突部９１２とからなり，両部９１１，９１２の間に大きな隙間（窪み９２５）が生じないように成形すると共に両部９１１，９１２をしっかりと接合する必要がある。
エッジ部９１１と突部９１２との間の窪み９２５が大きいと，偏平チューブ９０をタンク等の容器９９にロウ付けした場合に，ロウ付けにより埋めきれない隙間が残り，漏れ等の不具合を生ずるからである。そのためには，エッジ部９１１の外側における曲率半径９２１と突部９１２の頂部の曲率半径９２２とを共に小さくする必要がある。
【０００５】
しかしながら，上記エッジ部９１１及び突部９１２の曲げ部の曲率半径９２１，９２２を小さくし，精度よく高速でロール成形することは，極め困難であった。
例えば，上記突部９１２をロール成形する場合には，図３０に示すように，帯状の板９４の横幅を引き込み（狭め），図３１に示すように三角形の山形の突部９５を形成し，ロール成形のステップ毎に突部９５の山の角度αを順次鋭角化して成形する。
【０００６】
しかしながら，この成形時に突部９５の山の頂部に引張応力が働き，大きく成形すると頂部がくびれて薄肉化し，更に頂部の曲率を大きくすると破断する等の不具合を生ずることになる。 即ち，図３０に示すように，帯状の板材９４をロールの間に挟持し幅方向から材料を引き込み山形の突部を成形する場合には，以下に述べるように突部９５の山の頂部には幅方向への引張応力Ｔが働くことになる。
【０００７】
上記引張応力Ｔを構成する第１の要素は，材料が引き込まれるときの変形抵抗によるものであり，これは平坦部（非山部）の剪断抵抗に起因するものである。即ち，長手方向の単位長さ当たりに頂部に働く引張力をＲ（図３１）とするとＲは次式となる。
Ｒ＝Ｓa ×σａ ・・・（１）
ここで，Ｓａは平坦部（非山部）の横断面積（図３１に示す非山部の横幅ｗ×板厚ｔ）であり，σａは材料の変形抵抗（応力）である。
【０００８】
上記引張応力Ｔを構成する第２の要素は，山の頂部の曲げ応力σｖ（図３１参照，同様に長手方向の単位長さ当たりとする）によるものであり，上記引張力Ｒによるものと合わせて引張応力Ｔは次式となる。次式においてｔは材料の板厚である。
Ｔ＝（Ｒ／ｔ）＋σｖ＝（Ｓa ×σａ）／ｔ＋σｖ ・・・（２）
【０００９】
そして，上記引張応力Ｔが材料の引っ張り強さ以上となると，図３２に示すように，頂部にくびれ９５１が生ずることになる（くびれにより板厚ｔがｔ’に変化する）。
そのため，材料の引き込み量と曲げ量（曲率）とを制限しつつ成形する必要があり，山の頂部等の曲率は余り大きくすることが出来ないと共に多段階に成形する必要がありロール成形の工程数が多くなる。
【００１０】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものとであり，中央に折り返した突部を有する補強部を備えた偏平チューブについて，上記補強部の曲げ部の曲率を大きくとり補強部の窪みを小さくし，高精度かつ高速でロール成形する方法及び装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，次ぎの４つのロール成形工程からなる。
第１のロール成形工程では，帯板の幅方向中央部に台形形状の突出部を形成する（図２（ｂ）参照）。次ぎに，第２のロール成形工程では，上記台形の上辺の幅を順次狭めて略三角形の突出部としたのち突出した２辺の内側を密着させて折り返し突部を形成する（図２（ｃ）〜（ｅ）参照）。そして，第３のロール成形工程では，帯板の横幅方向両端に上記折り返し突部の高さ以下の垂直方向折り曲げ部を形成する（図３（ｂ）参照）。最後の第４のロール成形工程では，上記垂直方向折り曲げ部と前記折り返し突部との中間を半円形状に折り曲げ平板部分を互いに平行にすると共に上記折り曲げ部を上記折り返し突部の両側面に密着せる（図３（ｃ）〜（ｅ）参照）。
【００１２】
本発明において，最も注目すべきことは，第１，第２工程にあり，帯板の幅方向中央部に台形形状の突出部を形成し，上記台形の上辺の幅を順次狭めて略三角形の突出部としたのち突出した２辺の内側を密着させて折り返し突部を形成することにある。
即ち，折り返し突部（前記図３３の突部９１２参照）を成形する場合に，図２（ｂ）に示すように，始めに台形の突部を形成する。
【００１３】
その結果，以下に述べるように前記（１）式に示す引張力Ｒの大きさが小さくなり，また，台形における曲げ部の曲率半径が大きくなるため曲げ応力σｖも小さくなると共に応力の働く領域が分散され，（２）式で示す引張応力Ｔも小さくなる。
即ち，（１）式における非山部（平坦部）の横幅ｗが狭くなるため，平坦部（非山部）の横断面積Ｓａが小さくなり，引張力Ｒが減少する。
そのため，突部の曲げ部にくびれが生じ難くなる。
【００１４】
また，台形の上辺の幅を順次狭めて曲げ部の位置を移動させるから，上記引張応力Ｔが１箇所に集中せず移動し，これによりくびれが更に生じ難くなる。そして，このようなステップを経て曲げ部の曲率を大きくし，最終段階として略三角形の突出部として突出した２辺の内側を密着させて折り返し突部を形成する。
そのため，本発明のロール成形方法によれば，くびれを生ずることなく従来よりも大きな曲率で内側を密着させた折り返し突部を高速に成形することが可能となる。
【００１５】
なお，請求項２記載のように，上記第２のロール成形工程には，更に，上記折り返し突部を上部から据え込み押圧し曲部の曲率半径を低減して角形形状化する押圧成形工程を加えることが好ましい。
即ち，詳細を実施形態例で詳述する図１１に示すように，折り返し突部（図２（ｅ）の符号４３参照）を上部から押圧することにより，突部の頂部を平坦化する（図２（ｆ）参照）と共に頂部両側の曲率を一段と大きくすることができる。その結果，この折り返し突部と垂直方向折り曲げ部との間に形成される窪み（前記図３３の符号９２５参照）を小さくすることが可能となる。
【００１６】
そして，請求項３記載のように，垂直方向折り曲げ部を形成する第３ロール成形工程は，曲げ角３０°〜６０°の中間角度に折り曲げる中間曲げ工程（図３（ａ）参照）と，上記中間角度に折り曲げた曲折部を板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさだけ端部から曲げ開始部側に据え込みつつ垂直方向に折り曲げる最終曲げ工程（図３（ｂ）参照）とにより構成することが好ましい。
即ち，第１の効果として，垂直方向に曲げる前に，曲げ角３０°〜６０°の中間角度に折り曲げることとにより，前記の曲げ応力を分散しくびれ等を抑制することができる。
【００１７】
そして，特に注目すべきことは，図２３に示すように，中間角度に折り曲げた曲折部を垂直に曲げる際，板厚ｔの０．６〜１．６倍の範囲にあるΔだけ端部から曲げ開始部側に据え込みつつ垂直方向に折り曲げることである。同図の（ａ）は上記据え込みを行わずに端部を曲げた場合であり，曲げ部５１２の曲率半径は大きくなる。そして，同図（ｂ）は，上記のようにΔだけ据え込んで端部を曲げた場合を示し曲げ部５１２の曲率半径は小さくなる。
【００１８】
即ち，板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさの適度な据え込みを行うことにより，垂直方向にに曲げる曲げ部５１２の曲率を大きくすることでき，その結果曲げ部の外側の曲率半径を板厚ｔ以下の好ましい値とすることが可能となる。
詳細を後述するように，据え込み量が０．６ｔよりも少ないと，曲げ部の外側の曲率半径を板厚ｔ以下とすることができず，据え込み量が１．６ｔを越えると据え込み過剰による変形（図２４，図２８参照）が曲げ部等に生ずるようになるからである。
【００１９】
なお，上記の好ましい曲率半径ｒの値（ｒ≦ｔ）は，偏平チューブを容器にロウ付けする場合に，不適当に大きな窪み（図３３の符号９２５）を作らないようにするための基準となる値である。
【００２０】
また，請求項４に記載のように，上記垂直方向折り曲げ部と前記折り返し突部との中間を半円形状に折り曲げる際には，上記垂直方向折り曲げ部側から上記半円折り曲げ部側に向かう押圧力Ｆを加えながら折り曲げることが好ましい（図２５参照）。
上記押圧力Ｆを加えずに折り曲げた場合には，図２９に示すように，曲げ不足により所望の曲げ曲線との間に隙間δを生ずるが，上記押圧力を加えることにより，図２５に示すように隙間δを解消することが可能となるからである。
【００２１】
そして，請求項５記載のロール成形装置は，請求項１記載のロール成形工程を実現する装置であり，請求項６記載のロール成形装置は，請求項２記載のロール成形工程を実現する装置である。また，請求項７記載のロール成形装置は，請求項３記載のロール成形工程を実現する装置であり，請求項８記載のロール成形装置により，請求項４記載のロール成形工程を実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本例は，長尺の１枚の帯板４０（図２（ａ））を順次折り曲げて断面がθ形状を有する中央に補強部を備えた偏平チューブ８１（図３（ｅ））を成形する偏平チューブ８１のロール成形装置１（図１）である。
【００２３】
ロール成形装置１は，図１に示すように，帯板４０の幅方向中央部に台形形状の突出部４１６（図２（ａ））を形成する第１のロール成形手段１１（図４）と，台形の上辺の幅Ｌ１（図２（ａ））を順次狭めて略三角形の突出部４２６（図２（ｃ））としたのち突出した２辺の内側を密着させた折り返し突部４３，４４（図２（ｄ）（ｅ））を形成する第２のロール成形手段１２〜１８（図５〜図１１）と，帯板４０の横幅方向両端に折り返し突部４４の高さＨ以下の垂直方向折り曲げ部４５６（図３（ｂ））を形成する第３のロール成形手段２１，２２（図１２，図１３）と，垂直方向折り曲げ部４５６と折り返し突部４４との中間を半円形状に折り曲げ平板部４６８，４６９（図３（ｅ））を互いに平行にすると共に折り曲げ部４５６を折り返し突部４４の両側面に密着せる第４のロール成形手段２３〜２８（図１４〜図１９））とを備えている。
【００２４】
また，第２のロール成形手段１２〜１８は，折り返し突部４３を上部から据え込み押圧し曲部の曲率半径を低減して角形化する押圧成形手段１８（図１１）を含んでいる。
そして，垂直方向折り曲げ部４５６を形成する第３ロール成形手段２１，２２は，図３（ａ）に示すように曲げ角３０°〜６０°の中間角度４５°に折り曲げる中間曲げロール成形手段２１（図１２）と，中間角度に折り曲げた曲折部４５５（図３（ａ））を，図２３に示すように板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさΔだけ端部５１１から曲げ部５１２側に据え込みつつ垂直方向に折り曲げる最終曲げロール成形手段２２（図１３）からなる。
【００２５】
また，第４ロール成形手段２３〜２８は，垂直方向折り曲げ部４５６と折り返し突部４４との中間を半円形状に折り曲げる際に，図２５に示すように，上記垂直方向折り曲げ部４５６側から半円折り曲げ部４６７側に向かう押圧力Ｆを加える押圧ロール成形手段２５〜２７（図１６〜図１８）を有する。
【００２６】
以下それぞれにつき説明を補足する。
本例が成形する偏平チューブ８１（図２７）は，車両用のラジエータや温水式暖房装置等の熱交換器に用いられるものであり，材料はアルミニウムからなり，板厚ｔは約０．２５〜０．３０ｍｍの範囲にあり，図２７に示す横幅Ｄは約１６〜２７ｍｍであり，高さｈは約１．４〜１．８ｍｍの範囲である。従って，素材の帯板４０（図２（ａ））の幅は，約４０〜６０ｍｍの範囲である。
【００２７】
ロール成形装置１は，図１に示すように，ロールの回転軸心が水平であるロール成形手段１１〜１５，１８，２１〜２８と，ロールの回転軸心が垂直であるロール成形手段１６，１７とからなる。
始めに，図４に示すロール成形手段１１により，図２（ｂ）に示すように，台形の上辺Ｌ１の幅の大きい台形の突部４１６を成形する。そして，図５〜図７に示すロール成形手段１２〜１４により，図２（ｂ），（ｃ）に示すように上記台形の上辺の幅Ｌ１を順次縮小する。
【００２８】
そして，図８に示すロール成形手段１５により，図２（ｄ）に示すように，突部の形状が三角形の突部４２６を形成する。
次に，図９，図１０に示すロールの回転軸が垂直であるロール成形手段１６，１７により，図２１，図２２に示すように，突出部４２６の突出した２辺の内側を密着させ，折り返し突部４３を形成する。
続いて，ロールの回転軸心が水平である図１１に示すロール成形手段１８により，折り返し突部４３を上部から据え込み押圧し曲部の曲率半径を低減して角形形状化し，図２（ｆ）に示す折り返し突部４４を形成する。
【００２９】
上記のような手順により成形することにより，第１に，図２０に示すように台形の突部４１６の成形時には，非山部（平坦部）の横幅ｗ’が図３０に示した横幅ｗよりも狭くなるため，平坦部（非山部）の横断面積Ｓａが小さくなり，前記（１）式における引張力Ｒが減少する。
また，台形の上辺Ｌ１の幅を順次狭めて曲げ部の位置を移動させるから，前記引張応力Ｔが１箇所に集中しない。そのため，突部にくびれ（図３２符号９５１）等が生じなくなる。
【００３０】
また，ロール成形手段１８（図１１）により折り返し突部４３を上部から据え込み押圧する成形工程を含むから，頂部を平坦化すると共に頂部両側の曲率を一段と大きくすることができる。その結果，図２（ｆ）に示す偏平チューブ８１の折り返し突部４４の頂部が平坦になり，本例では頂部両側部４４１の曲率半径を０．２５ｍｍ以下とすることが出来た。
【００３１】
次に，図３（ａ）に示すように，ロール成形手段２１（図１２）により折り返し突部４４を形成した中間成形体の両側部４５５を４５°の角度に折り曲げる。
続いて，図３（ｂ）に示すように，ロール成形手段２２（図１３）により，上記両側部４５５を垂直方向に折り曲げ垂直方向折り曲げ部４５６を形成する。この時，図２３に示すように，板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさΔだけ端部５１１から曲げ部５１２側に向けて据え込みつつ側部４５５を垂直方向に折り曲げる。
【００３２】
そして，この据え込み量Δを板厚ｔの０．６〜１．６倍の間にすることにより，座屈や変形等を発生させず垂直方向にに曲げた曲げ部５１２の曲率を大きくすることでる。その結果，曲げ部５１２の外側の曲率半径を板厚ｔ以下の好ましい値とすることが可能となる。
図２４は，据え込み量の大きさ（相対値＝Δと板厚ｔとの比率）と曲げ部５１２の外側の曲率半径（相対値＝曲率半径と板厚ｔとの比率）との関係を図示したものである。同図から分かるように，据え込み量の大きさ０．６ｔ以上とすることにより，曲率半径を好ましい大きさである目標の板厚ｔ以下にすることができる。
【００３３】
しかしながら，据え込み量Δを１．６ｔより越えて大きくすると，図２８に示すように，曲げ部４５２近傍が例えば波打つように変形し，２．０ｔでは座屈現象が観測された（図２４の×印）。
それ故，据え込み量は０．６〜１．６ｔの範囲が好適である。
【００３４】
次に，ロール成形手段２３（図１４）により，垂直方向折り曲げ部４５６と折り返し突部４４との中間を３０°に折り曲げる。
続いて，図３（ｃ），図３（ｄ）に示すように，ロール成形手段２４〜２７（図１５〜図１８）により，垂直方向折り曲げ部４５６と折り返し突部４４との中間を６０°，１０５°（図示略），１２０°（図示略），１５０°に順次折り曲げる。
【００３５】
この時，図２５に示すように，垂直方向折り曲げ部４５６側から半円折り曲げ部４６７側に向かう押圧力Ｆを加えながら折り曲げる。その結果，図２５に示すように，ロール成形手段２５〜２７の上ロール２９１及び下ロール２９５の内壁２９２，２９６と成形体との間に隙間が生じないようになる。即ち，上記押圧力Ｆを加えずに折り曲げた場合には，図２９に示すように，上ロール２９１及び下ロール２９５の内壁２９２，２９６によって形成される所望の曲げ曲線と成形体との間に隙間δを生ずるが，上記押圧力Ｆを加えることにより，本例では隙間δを完全に解消することが可能となる。
【００３６】
なお，本例では，上記押圧力Ｆを発生させるための上ロール２９１による押し込み量Ｐ（図２６）は約０．２ｍｍである。
そして，最後に成形ロール２８（図１９）により平板部４６８，４６９（図３（ｅ））を互いに平行にすると共に折り曲げ部４５６を折り返し突部４４の両側面に密着せる。
【００３７】
そして，図１に示す搬送用のロール３０により成形品を次工程に送り込む。
上記のように，本例によれば，垂直方向折り曲げ部４５６における曲げ部５１２の曲率半径が板厚ｔ以下であり，折り返し突部４４の頂部が平坦で頂部両側部４４１の曲率半径が０．２５ｍｍ以下であり垂直方向折り曲げ部４５６との間に形成される上面の窪みの少ない極めて良好な偏平チューブ８１を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例のロール成形装置のロールの配置図。
【図２】実施形態例の第１，第２ロール成形工程における材料の成形態様を示す図。
【図３】実施形態例の第３，第４ロール成形工程における材料の成形態様を示す図。
【図４】実施形態例の第１ロール成形手段におけるロールの型形状を示す図。
【図５】実施形態例の第２ロール成形手段における第１ステップのロールの型形状を示す図。
【図６】実施形態例の第２ロール成形手段における第２ステップのロールの型形状を示す図。
【図７】実施形態例の第２ロール成形手段における第３ステップのロールの型形状を示す図。
【図８】実施形態例の第２ロール成形手段における第４ステップのロールの型形状を示す図。
【図９】実施形態例の第２ロール成形手段における垂直の回転軸を有する第５ステップのロールの型形状を示す図。
【図１０】実施形態例の第２ロール成形手段における垂直の回転軸を有する第６ステップのロールの型形状を示す図。
【図１１】実施形態例の第２ロール成形手段における折り返し突部を据え込み押圧する第７ステップのロールの型形状を示す図。
【図１２】実施形態例の第３ロール成形手段における中間曲げ工程のロールの型形状を示す図。
【図１３】実施形態例の第３ロール成形手段における最終曲げ工程のロールの型形状を示す図。
【図１４】実施形態例の第４ロール成形手段における角度３０°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１５】実施形態例の第４ロール成形手段における角度６０°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１６】実施形態例の第４ロール成形手段における角度１０５°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１７】実施形態例の第４ロール成形手段における角度１２０°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１８】実施形態例の第４ロール成形手段における角度１５０°に曲げるロールの型形状を示す図。
【図１９】実施形態例の第４ロール成形手段における角度１８０°に折り返すロールの型形状を示す図。
【図２０】実施形態例の第１ロール成形工程における台形の突部と平坦部とを帯板（破線）と重ねて示した図。
【図２１】図９のロール成形手段の要部を拡大して示した図。
【図２２】図１０のロール成形手段の要部を拡大して示した図。
【図２３】実施形態例の第３ロール成形工程において端部から曲げ部側に据え込みつつ曲げた場合の成形形状（ｂ）と，据え込み無しで曲げた場合の成形形状（ａ）。
【図２４】図２３において据え込み量Δを変化させた場合の曲げ部の曲率半径の変化を示す図。
【図２５】実施形態例の第４ロール成形工程において垂直方向折り曲げ部側から半円折り曲げ部側に向けて押圧力Ｆを加えた場合の成形体の曲げ形状を示す図。
【図２６】実施形態例の第４ロール成形工程において垂直方向折り曲げ部側から半円折り曲げ部側に向けて押圧力Ｆを加える為に型に加える変形量Ｐを示す図。
【図２７】実施形態例において成形する偏平チューブの断面図。
【図２８】実施形態例の第３ロール成形工程において端部から曲げ部側に加える据え込み量を過大にした場合の曲げ部の変形の１例を示す図。
【図２９】実施形態例の第４ロール成形工程において垂直方向折り曲げ部側から半円折り曲げ部側に向けて押圧力Ｆを加えないで成形した場合の型と成形体との間に生ずる隙間δを示す図。
【図３０】帯状の板をロール成形して山形の突部を成形する場合の材料の変形態様を示す図。
【図３１】図３０の突部を拡大した図。
【図３２】図３１の突部が変形する態様を示した図。
【図３３】従来の方法で成形した偏平チューブの断面形状を示す図。
【符号の説明】
１１．．．第１ロール成形手段，
１２〜１８．．．第２ロール成形手段，
２１，２２．．．第３ロール成形手段，
２３〜２８．．．第４ロール成形手段，
Claims (8)
- 長尺の１枚の帯板を順次折り曲げて断面がθ形状を有する中央に補強部を備えた偏平チューブを成形する偏平チューブのロール成形方法であって，
帯板の幅方向中央部に台形形状の突出部を形成する第１のロール成形工程と，上記台形の上辺の幅を順次狭めて略三角形の突出部としたのち突出した２辺の内側を密着させた折り返し突部を形成する第２のロール成形工程と，帯板の横幅方向両端に上記折り返し突部の高さ以下の垂直方向折り曲げ部を形成する第３のロール成形工程と，上記垂直方向折り曲げ部と前記折り返し突部との中間を半円形状に折り曲げ平板部を互いに平行にすると共に上記折り曲げ部を上記折り返し突部の両側面に密着せる第４のロール成形工程とからなることを特徴とする偏平チューブのロール成形方法。 - 請求項１において，前記第２のロール成形工程は，前記折り返し突部を上部から据え込み押圧し曲部の曲率半径を低減して角形形状化する押圧成形工程を含んでいることを特徴とする偏平チューブのロール成形方法。
- 請求項１又は請求項２において，前記垂直方向折り曲げ部を形成する第３ロール成形工程は，曲げ角３０°〜６０°の中間角度に折り曲げる中間曲げ工程と，上記中間角度に折り曲げた曲折部を板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさだけ端部から曲げ部側に据え込みつつ垂直方向に折り曲げる最終曲げ工程からなることを特徴とする偏平チューブのロール成形方法。
- 請求項１から請求項３のいずれか１項において，前記第４ロール成形工程は，前記垂直方向折り曲げ部と前記折り返し突部との中間を半円形状に折り曲げる際に，上記垂直方向折り曲げ部側から上記半円折り曲げ部側に向かう押圧力を加えながら折り曲げることを特徴とする偏平チューブのロール成形方法。
- 長尺の１枚の帯板を順次折り曲げて断面がθ形状を有する中央に補強部を備えた偏平チューブを成形する偏平チューブのロール成形装置であって，
帯板の幅方向中央部に台形形状の突出部を形成する第１のロール成形手段と，上記台形の上辺の幅を順次狭めて略三角形の突出部としたのち突出した２辺の内側を密着させた折り返し突部を形成する第２のロール成形手段と，帯板の横幅方向両端に上記折り返し突部の高さ以下の垂直方向折り曲げ部を形成する第３のロール成形手段と，上記垂直方向折り曲げ部と前記折り返し突部との中間を半円形状に折り曲げ平板部を互いに平行にすると共に上記折り曲げ部を上記折り返し突部の両側面に密着せる第４のロール成形手段とを備えていることを特徴とする偏平チューブのロール成形装置。 - 請求項５において，前記第２のロール成形手段は，前記折り返し突部を上部から据え込み押圧し曲部の曲率半径を低減して角形形状化する押圧成形手段を含んでいることを特徴とする偏平チューブのロール成形装置。
- 請求項５又は請求項６において，前記垂直方向折り曲げ部を形成する第３ロール成形手段は，曲げ角３０°〜６０°の中間角度に折り曲げる中間曲げ手段と，上記中間角度に折り曲げた曲折部を板厚ｔの０．６〜１．６倍の大きさだけ端部から曲げ部側に据え込みつつ垂直方向に折り曲げる最終曲げ手段からなることを特徴とする偏平チューブのロール成形装置。
- 請求項５から請求項７のいずれか１項において，前記第４ロール成形手段は，前記垂直方向折り曲げ部と前記折り返し突部との中間を半円形状に折り曲げる際に，上記垂直方向折り曲げ部側から上記半円折り曲げ部側に向かう押圧力を加える押圧手段を有することを特徴とする偏平チューブのロール成形装置。
Priority Applications (6)
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