JP5711793B2 - 曲げ加工方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、放熱板その他に用いられる蛇腹形構造体を得るための平板曲げ加工における新規な加工方法とそのための装置の構造に関するものである。

平板を蛇腹状に折り畳んだ構造体として例えば、パーソナルコンピュータ等の機械の発熱部分に取り付けられる放熱板がある。
放熱板の性能は熱抵抗によって表され、その値が小さいほど高性能となる。そして熱抵抗は、材質・大きさ・構造等によって決まるとされており、原板を折り曲げて製作する蛇腹タイプの放熱板の場合には、原板の材質・厚み、そして個々のフィンの高さ、フィン同士の間隔（離反距離）によって決定されることになる。
なお、本明細書における「蛇腹構造」は、原板をジグザグに折り、山折り・谷折りを交互に繰り返す構造を指すのではなく、谷折り部（本来は１本の稜線）に相当する部分に平坦部を形成させた構造を指すものとする。従って、山折りに二つ折りされた部分と、これと隣接ずる二つ折りされた部分との間には、一定の離反距離（ピッチ）がある。

放熱量を大きくするためには表面積を大きくすることが前提であるので、フィン高さを大きくし、フィン同士の間隔を狭くすれば良いように思われがちであるが、そう単純ではない。
空気の粘性は存外に大きいので、例えば自然冷却（ファンレスとも呼ばれる）の場合、フィンにまとわりついた空気が自然通風によっては置換できず、かえって熱効率が低下するということもあり得る。そこで設計に当たっては、設置箇所における排熱効率（空気の流通はどの程度であるのか、筺体放熱がどれ程期待できるのか、等々）を勘案した上で、適切な構造を求める必要があるといえる。

そうしたことから、個々のフィンの高さ、フィン同士の間隔を変更可能とする蛇腹形の金属板製造装置が存在している。
これらは、原板上に固定クランプと可動クランプとを「適宜間隔」をおいて配置した状態でこれらのクランプで原板を把持し、把持状態を維持したまま可動クランプを固定クランプ側に移動させることで一つのフィン（蛇腹）を作るというものであり、該「適宜距離」を二つ折りするためにその中央線部分に山部成形用ブレードを配置しておき、可動クランプが固定クランプ側に移動する際には該ブレードは原板を変形させる方向に移動してゆくことになる。

特開２０１０−０２９９２３公報

特許文献１にみられる装置においても、可動クランプ、固定クランプ、山部成形用ブレードを備えており、いずれも原板に対して垂直な方向に上下動し、さらに可動クランプと山部成形用ブレードに関しては、上下動と共に、原板に対して平行な方向へ前後動するものである。
山部成形用ブレードの動きについて述べると、可動クランプが原板を把持した後水平移動を開始する段階では、ブレードの先端は二つ折りされ頂点となる部分に位置していなければならない。可動クランプが水平移動を開始した後この「頂点をなる部分」は、上昇しながら固定クランプに接近してゆくことになる。そしてブレードの先端は、原板を適切に折曲させるべくこの「頂点となる部分」の移動に正確に追従していなければ、設計通りのフィンが得られない。

またこの種の装置では、フィン高さ・フィン同士の間隔を自在に変更できるものであるので、山部成形用ブレードの制御はそれらの変更にも対応せねばならない。
従って、装置の複雑化、制御の困難性は避けられなかった。

そこで本発明者らは上記点に鑑み鋭意研究の結果、遂に本発明方法並びに装置を完成させたものである。
まず本発明方法は、原板に対して垂直上下動する固定クランプと、該原板に対して垂直上下動しつつ平行方向に前後動する可動クランプとによって、該原板を蛇腹状に折り畳む曲げ加工方法であって、該可動クランプは該原板を介して上下に分割されており、且つこれらの対向面の一方側は可回動であって、無負荷時には該原板の水平方向から曲げ方向側に傾斜するようバネによって付勢されており、他方側は、フローティングジョイントを介して接続された鉛直シリンダにより上下動し、また該鉛直シリンダの軸芯を、該可回動であるところの一方側の回動軸芯よりも後方に配置させておくことで、原板を挟持した時にこれを水平方向から曲げ方向側に傾斜させ、その後固定クランプで該原板を把持することによって、原板にたわみを生じさせ、両クランプが原板を把持している状態で可動クランプを固定クランプ側に移動させることを特徴とするものである。

また本発明装置は、原板に対して垂直上下動する固定クランプと、該原板に対して垂直上下動しつつ平行方向に前後動する可動クランプとを有する曲げ加工装置であって、該可動クランプは該原板を介して上下に分割されており、且つこれらの対向面の一方側は可回動であって、無負荷時には該原板の水平方向から曲げ方向側に傾斜するようバネによって付勢されており、他方側は、フローティングジョイントを介して鉛直シリンダに接続され、また該鉛直シリンダの軸芯は、該可回動であるところの一方側の回動軸芯よりも後方に配置されており、原板を挟持した時にこれを水平方向から曲げ方向側に傾斜させ、その後固定クランプで該原板を把持することによって、原板にたわみを生じさせることを特徴とするものである。

即ち、従来必須であった「山部成形用ブレード」を、本発明では付帯していない。
山部成形用ブレードには、可動クランプを固定クランプ側に移動（接近）させる際に、原板の曲げ始めのきっかけを作るという機能がある。また山部成形用ブレードには、原板を折曲変形させる力の一部を担うという機能もある。
この点について本発明者らは、硬くて厚い原板でないのであれば、ブレードに依存しなくても、即ち可動クランプを移動させる力のみで、折曲が可能であるという判断の下、研究開発に着手した。
その結果、単にブレードを省略しただけの装置の場合、原板が常に山折りされる（又は谷折りされる）ことが保証されないことが確認できた。
そこで更に研究を進め当初は、従来のブレードが有する機能を持つものの、機構がシンプルな代替構造を求めて種々模索していた。
そうした模索の中、原板が山折りされるのか谷折りされるのかは、変形の初期段階で決定されること、従ってその段階までに原板に対して「曲がりのきっかけ」を与えてやれば良いということに気付いた。
そして、きっかけを作る方策として、原板に「小さなたわみ」を設けてやれば良いという結論に達した。
本発明を極論すれば、たわみ形成の手段として「可動クランプによる原板把持」の形態に工夫を凝らしたということになる。

そもそも可動クランプの動作は、原板を把持すること、把持状態を維持したまま固定クランプ側に移動すること、の２種によりなる。
この中「原板の把持」は、原板を介して上下に分割されたもの（上ブロックと下ブロック）を接近させることで行なう。もっともこの点に関しては、従来の装置も基本的に同様である。
但し従来は上ブロックと下ブロックの対向面は、いずれも原板に対して平行であった。これを本発明においては、原板の水平方向から曲げ方向側に「傾斜」させている。
この傾斜のあり方は、単純に上ブロックと下ブロックの双方を予め傾けておくのではなく、いずれも回動自在なものとしている。そこで、たとえ常時は原板に対して平行であったとしても、挟持時には傾いて原板を把持するという構造を採用した。
即ち、上ブロックと下ブロックそれぞれの回動の軸芯を同一鉛直線上に配置せずに、敢えてずらし、これらを接近させれば自動的に傾斜するようにしたものがそれである。これにより、「たわみ」の出現を確実にしている。
但し、上下双方のブロックの対向面のいずれもが原板に対して平行である場合には、クランプが原板を把持していない状態で、下ブロックが傾斜しているのか否か確定的でないと、原板を把持した瞬間がどの状態か不明なため、平行状態で把持するときとそうでないときに加工条件・加工寸法にバラツキが生じる恐れがある。また、水平状態で原板を把持しその状態で傾斜すると原板を後方に引っ張る力が働く可能性がある。そこで、上下双方のブロックの対向面のいずれもを原板に対して平行とする手法は、本発明においては採用しない。即ち、無負荷時には該原板の水平方向から曲げ方向側に傾斜するようバネによって付勢しておく必要がある。

また、可動クランプと固定クランプで原板を把持するわけであるが、把持のタイミングをずらし、まず最初に可動クランプが把持し、その後固定クランプが把持するように設定する。これによって「たわみ」の出現は完璧なものとなる。

傾斜角度については、原板の材質や厚さ、或いはフィンの高さ寸法等に応じて適宜決定すべき事項であるので、本発明においては特に限定しない。但し、１°未満では出現する「たわみ」が小さすぎて確実に折り畳めない可能性があるし、５°を超えるような傾斜の場合には、製作される蛇腹構造物の底面が平坦になりにくいという欠点が確認できた。

本発明は、原板に対して垂直上下動する固定クランプと、該原板に対して垂直上下動しつつ平行方向に前後動する可動クランプとによって、該原板を蛇腹状に折り畳む曲げ加工方法であって、該可動クランプは該原板を介して上下に分割されており、且つこれらの対向面の一方側は可回動であって、無負荷時には該原板の水平方向から曲げ方向側に傾斜するようバネによって付勢されており、他方側は、フローティングジョイントを介して接続された鉛直シリンダにより上下動し、また該鉛直シリンダの軸芯を、該可回動であるところの一方側の回動軸芯よりも後方に配置させておくことで、原板を挟持した時にこれを水平方向から曲げ方向側に傾斜させ、その後固定クランプで該原板を把持することによって、原板にたわみを生じさせ、両クランプが原板を把持している状態で可動クランプを固定クランプ側に移動させることを特徴とする曲げ加工方法及び装置であり以下述べる如き効果を有する極めて高度な発明である。

（１）山部成形用ブレードを必要としないので、装置がコンパクトになる。
（２）原板を曲げるきっかけとなるたわみは、上下に分割された可動クランプを合体させるだけで自動的に発生するので、制御が非常に容易である。

本発明に係る曲げ加工装置の一例を示す概略側面図である。 可動クランプ付近の構造を明らかにするための概略側面図である。 （ａ）（ｂ）は、たわみが発生するメカニズムとして考えられる一例を示す概略側面図である。 （ａ）（ｂ）は、たわみが発生するメカニズムとして考えられる、他の一例を示す概略側面図である。 （ａ）（ｂ）は、一つの蛇腹が完成する前後の状態を示す概略側面図であり、（ａ）は完成前、（ｂ）は完成後の状態である。 可動クランプが、固定クランプから最も離れた状態を示す概略側面図である。 蛇腹を固定クランプの前方に移動させた状態を示す概略側面図である。 （ａ）（ｂ）は、製造される蛇腹構造体の一例を示すいずれも概略斜視図である。

以下図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る曲げ加工装置１（以下本発明装置１という）の一例の概要を示す側面図である。
本発明装置１は、前後方向に出入りする水平シリンダ２、可動クランプ３、固定クランプ４を有しており、可動クランプ３には鉛直シリンダ５が、固定クランプ４には鉛直シリンダ６が取設されそれぞれのクランプを上下動させる。
被加工物である原板Ｃとして本例では、幅５ｃｍ、厚さ０．２ｍｍの銅板をロール状に巻いたものを用いた。なお原板Ｃは、図の左側から供給され、曲げ加工が施されたのちは右に移動するものであるので、右方向を前方、左方向を後方と呼ぶ。
なお、曲げ加工前の可動クランプ３と固定クランプ４との離反距離をＤとすると、曲げ加工によって得られる蛇腹の高さは約Ｄ／２となる。

本例の固定クランプ４は、鉛直方向に配置されている平板である。これが原板Ｃを押圧するわけであるが、原板Ｃ直下には装置本体の台座７が配置されているため、結果として原板Ｃを把持（クランプ）する。

一方可動クランプ３は、上下２体に分かれており、これらが接近することで、両者の隙間に配置された原板Ｃを把持する。
図２は、この可動クランプ３の構造を示すものであり、可動クランプ３は、クランプブロック３１と、クランプブロック３２とに分かれており、上方にあるクランプブロック３１は、フローティングジョイント８によって鉛直シリンダ５に接続されている。このような接続機構を採用しているので、鉛直シリンダ５の動作に従ってクランプブロック３１が滑動レール９上を移動する際に、クランプブロック３１が鉛直から多少ずれる揺動をしても該シリンダ５の動作は支障なく伝達されることになる。この揺動を円滑に行なわせるために、クランプブロック３１の滑動レール９対向面は、「く」字状に折曲しており、鉛直状態では上端が離反、回動して傾斜した状態では下端が離反するよう構成されている。
なお、傾斜角度は実施例においては１．５°として試作・実験をしたが、これに限るものではない。また本図に限らず図面全般で、この角度を相当誇張して描出している。

一方クランプブロック３２は回動自在となっており、無負荷時に前方上側に傾斜した状態が保持されるよう、ばね３３で傾斜位置に付勢されている。またクランプブロック３２の軸芯Ａは、鉛直シリンダ５の軸芯Ｂよりも前方側にずれている。従って、鉛直シリンダ５がクランプブロック３１を下降させクランプブロック３２に接触させると、接触後軸芯ＡＢのズレによって傾斜を開始してゆく。その際、前述しているようにフローティングジョイント８の働きによって、クランプブロック３１が滑動レール９上を移動する際に、クランプブロック３１が傾斜に伴い鉛直から多少ずれる揺動をしても、該シリンダ５の動作は支障なく伝達されることになるため、結果として確実・強固、且つ精確な傾斜姿勢が約束されることになる。

「小さなたわみ」発生には、可動クランプ３が原板Ｃを把持したのちに固定クランプ４が原板Ｃを把持するようにするというタイミングのずれが必要である。
可動クランプ３が先に把持することでたわみが発生する理由は、恐らく図３或いは図４で示すような挙動となるからであろうと推測する。

図３（ａ）（ｂ）は、可動クランプ３が原板を傾斜させた時に、自重で湾曲する例を示すものである。この例は、固定クランプ４との距離が大きい場合、原板Ｃが薄い場合、等々に見られると思われるが、一旦持ち上げられた原板Ｃが自重で下がることにより、たわみＸが自動的に発生している。

図４（ａ）（ｂ）は、可動クランプ３が原板を傾斜させただけでは、自重で湾曲することがない状況を示すものである。この場合原板Ｃは、同図（ａ）の状態、即ち可動クランプ３は原板Ｃを把持しているが、固定クランプ４はまだ把持していないという状態では、傾斜を保ったまま固定クランプ４位置に至っている。この状態で固定クランプ４が把持動作に入ると、一旦上向きに伸びていた原板Ｃを押圧して元に戻すことになるので、やはりたわみＸが発生することになる。
即ち、固定クランプ４による把持動作を、可動クランプによる把持の後に行なうことによって、原板Ｃにたわみが間違いなく発生することになる。

両クランプが原板Ｃを把持すると、水平シリンダ２が駆動し始める。これにより、可動クランプ３とこれに付随する部材（鉛直シリンダ５、フローティングジョイント８、滑動レール９等）は、前方に移動する。
この状態で原板ＣはたわみＸを起点に曲がり始めて山折りされ、やがては二つ折りにされてゆくが、その際たわみＸの位置が両クランプの中央位置から外れていても、クランプ接近につれてたわみＸの頂点が中心位置に移動してゆくことになる。

そして、一つの蛇腹（フィン）が完成する。蛇腹完成前後の状態を図５（ａ）（ｂ）に示す。
本発明装置１によって得られる蛇腹構造は、蛇腹Ｆ同士が一定距離ｄだけ離反しているので、一つの蛇腹Ｆが完成した後に、この距離ｄに相当する距離だけ離反させてから次の蛇腹を形成することになる。
これは固定クランプ４を、その下端が蛇腹Ｆの上端より高い位置になるまで上昇させ、続いて水平シリンダ２により可動クランプ３を距離ｄだけ前方に移動させれば良いわけであるので、まずは固定クランプ４が原板Ｃを把持し、可動クランプ３は把持していない状態で、可動クランプ３を、Ｄ（最初の可動クランプ３と固定クランプ４との離反距離）＋ｄ（蛇腹同士の離反距離）に相当する距離分だけ、後方に移動させる。この状態を図６に示す。

図６の状態（即ち、固定クランプ４のみが原板Ｃを把持している状態）で可動クランプ３が原板Ｃを把持し、続いて固定クランプ４の把持動作を解除してその下端が蛇腹Ｆの上端より高い位置になるまで上昇させる。この状態を図７（ａ）で示す。
次に水平シリンダ２にて可動クランプ３を距離ｄ相当距離分だけ前進（ピッチ送り）させる （なお、原板Ｃが傾斜していたり既にたわみが形成されている等々の理由で、この距離ｄとピッチ送り距離とが一致しない場合もあるので、距離ｄ相当距離という）。この状態を図７で示す。

以上の動作を繰り返すことで、図８（ａ）に示すような蛇腹構造体Ｍが得られることになる。この蛇腹構造対Ｍの各蛇腹Ｆ（フィン）の高さはD ／２であり、隣接する蛇腹Ｆとのピッチはｄであるということになる。
ここでＤやｄは、製品毎に変更可能であることは勿論、工程毎に逐次設定変更することも可能である。同図（ｂ）はＤやｄの数値が、蛇腹Ｆ作成工程毎に変更した例を示すものである。図示した例は、Ｄｄ双方を変更しているが、Ｄ・ｄの片方のみを変更するようにしても良い（図示せず）。

なおここまで、原板Ｃの材質が銅である場合に基づいて説明してきたが、鉄・アルミニウム、或いはその他の金属であっても良いし、説明してきた曲げ加工に適応する耐変形性・変形保持性を有するものであれば、金属以外の材質、例えばプラスチックや紙、であっても良いものとする。
従って本発明によって得られる蛇腹構造体の用途は、当然ながら放熱板に限られるものではなく、建築材料、工芸品、おもちゃ、等々様々な用途に適用し得る。

１ 本発明に係る曲げ加工装置
２ 水平シリンダ
３ 可動クランプ
３１ クランプブロック（上側）
３２ クランプブロック（下側）
３３ ばね
４ 固定クランプ
５ 鉛直シリンダ（可動クランプ用）
６ 鉛直シリンダ（固定クランプ用）
７ 台座
８ フローティングジョイント
９ 滑動レール
Ｃ 原板
Ｘ たわみ
Ｆ 蛇腹
Ｄ 初期位置における可動クランプ３と固定クランプ４との離反距離
ｄ 蛇腹同士の離反距離
Ｍ 蛇腹構造体
Ａ クランプブロック３２の軸芯
Ｂ 鉛直シリンダ５の軸芯

Claims (2)

1. 原板に対して垂直上下動する固定クランプと、該原板に対して垂直上下動しつつ平行方向に前後動する可動クランプとによって、該原板を蛇腹状に折り畳む曲げ加工方法であって、該可動クランプは該原板を介して上下に分割されており、且つこれらの対向面の一方側は可回動であって、無負荷時には該原板の水平方向から曲げ方向側に傾斜するようバネによって付勢されており、他方側は、フローティングジョイントを介して接続された鉛直シリンダにより上下動し、また該鉛直シリンダの軸芯を、該可回動であるところの一方側の回動軸芯よりも後方に配置させておくことで、原板を挟持した時にこれを水平方向から曲げ方向側に傾斜させ、その後固定クランプで該原板を把持することによって、原板にたわみを生じさせ、両クランプが原板を把持している状態で可動クランプを固定クランプ側に移動させることを特徴とする曲げ加工方法。
2. 原板に対して垂直上下動する固定クランプと、該原板に対して垂直上下動しつつ平行方向に前後動する可動クランプとを有する曲げ加工装置であって、該可動クランプは該原板を介して上下に分割されており、且つこれらの対向面の一方側は可回動であって、無負荷時には該原板の水平方向から曲げ方向側に傾斜するようバネによって付勢されており、他方側は、フローティングジョイントを介して鉛直シリンダに接続され、また該鉛直シリンダの軸芯は、該可回動であるところの一方側の回動軸芯よりも後方に配置されており、原板を挟持した時にこれを水平方向から曲げ方向側に傾斜させ、その後固定クランプで該原板を把持することによって、原板にたわみを生じさせることを特徴とする曲げ加工装置。

Images