JP5931139B2 - 熱交換器の製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、熱交換器を製造する製造装置に関する。
自動車用等のオイルクーラーなどに使用される熱交換器には、金属製の薄い板状体に複数の波形部を形成してなるコルゲートフィンが用いられることが多い。コルゲートフィンには、1又は複数の貫通穴が形成され、この貫通穴内にオイルが循環するチューブが挿入されることによって熱交換器が製造される。
特開平8−313183号公報
ところで、製造する熱交換器は、取り付け対象の大きさにより様々なサイズのものが存在する。
図5(A)、図5(B)、図6(A)、図6(B)に、自動車用オイルクーラーに使用される熱交換器を示す。
図5(A)(B)と、図6(A)(B)の熱交換器α、βの両方とも平面視すると角が丸められた正方形状であって、円形の貫通穴10,12がそれぞれ5つずつ形成されている。図5(A)(B)と図6(A)(B)の熱交換器α、βの相違点は、正方形の辺の長さと、貫通穴10、12の位置である。なお、この図で示す例では、熱交換器α、βに形成されたそれぞれの貫通穴10,12の直径は同一の場合を示しているが、貫通穴10、12の直径が異なっている製品もあるし、また各熱交換器α、βにおいて中央に形成された貫通穴と四隅に形成された貫通穴の直径が異なっている製品もある。また、熱交換器としては、中央の貫通穴と四隅の貫通穴との形状が異なっているもの(特に四隅の貫通穴の形状は円形ではないもの)もある。
このように、熱交換器を取り付ける対象機器によって異なるサイズの熱交換器を製造する必要があるが、この場合、通常はサイズの異なる2つの金型を用意し、それぞれ別個のプレス装置に装着して別個の製造装置を用いて行っていた。しかし、サイズの異なる熱交換器を製造する場合に、それぞれ異なる製造装置を用意するのはコスト的に問題がある。
このため、実際には、1台の製造装置で異なるサイズの熱交換器を製造することが行われることが多い。この場合には、製造装置の金型交換などの段取り替えをする必要が生じ、手間がかかってしまうという課題がある。
そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、1台の製造装置で複数種類(少なくとも2種類)の熱交換器を、金型交換などの段取り替えを必要とせずに製造可能な熱交換器の製造装置を提供することにある。
本発明にかかる熱交換器の製造装置によれば、1枚の長尺なコルゲートフィンから、異なるサイズの複数種類の熱交換器を製造する製造装置であって、前記長尺なコルゲートフィンを所定ピッチで搬送方向に搬送する搬送装置と、前記長尺なコルゲートフィンの搬送方向に対して直交する幅方向に複数設けられ、それぞれサイズが異なる複数のトリムパンチと、各前記トリムパンチの搬送方向の下流側において、前記長尺なコルゲートフィンの搬送方向に対して直交する幅方向に複数設けられ、各前記トリムパンチによって成形された長尺なコルゲートフィンの一部を切断することで所定サイズの熱交換器を製造し、且つ各前記熱交換器の排出位置を搬送方向に沿って同一位置とするため、搬送方向に沿った同一位置に設けられている複数の切断装置と、異なるサイズの熱交換器を製造するトリムパンチどうしのプレスタイミング及び異なるサイズの熱交換器を製造する切断装置どうしのプレスタイミングは、互いに異なるタイミングとなるように制御し、且つ前記搬送装置の送りピッチを、各前記熱交換器の互いのブランクサイズの最大公約数の整数倍を送りピッチとするように制御する制御部とを具備することを特徴としている。
この構成を採用することにより、1枚の長尺なコルゲートフィンに対して搬送方向に対して幅方向にサイズの異なる複数種類の熱交換器を、1台の製造装置で製造することができる。このため、複数種類の熱交換器を製造する必要があるときであっても、金型交換などの段取り替えの必要がない。
また、各前記トリムパンチの搬送方向の上流側には、長尺なコルゲートフィンを上下方向に貫通する貫通穴を形成する複数のピアスパンチが設けられ、前記制御部は、ピアスパンチどうしのプレスタイミングは、互いに異なるタイミングとなるように制御することを特徴としている。
この構成によれば、チューブが挿入される貫通穴が形成されたサイズの異なる複数種類の熱交換器を、1枚の長尺なコルゲートフィンから1台の製造装置で製造することができる。
本発明によれば、1台の製造装置で複数種類の熱交換器を製造可能である。
本発明に係る熱交換器の製造装置の全体構成を示す説明図である。 搬送装置の説明図である。 加工工程を平面視したところを示す説明図である。 制御フローを示す説明図である。 (A)熱交換器の平面図である。(B)熱交換器の側面図である。 (A)熱交換器の平面図である。(B)熱交換器の側面図である。
以下、本実施形態に係る熱交換器の製造装置を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態で製造対象となる熱交換器は、上述した図5及び図6に示したものであるのでここでは、説明を省略する。
本実施形態における熱交換器α、βは、自動車用のオイルクーラーに用いられるものであり、長尺なコルゲートフィンを加工することによって構成されている。
本実施形態では、熱交換器の製造装置30は、金属製の薄板31を巻回しているアンコイラー32を備えている。アンコイラー32にコイル状に巻回されている金属製の薄板31は、フィーダー装置34によって引き出される。
フィーダー装置34の薄板31の搬送方向下流側には、第1プレス装置36が設けられている。フィーダー装置34は、金属製の薄板31を第1プレス装置36内に送り込む。
第1プレス装置36は、金属製の薄板31をプレス加工によってコルゲートフィンに成形する。コルゲートフィンへの加工については、公知の加工方法を採用でき、説明を省略する。
第1プレス装置36の下流側には第2プレス装置40が設けられている。第2プレス装置40には、第1プレス装置36によって形成されたコルゲートフィン41が送り込まれる。
第2プレス装置40は、送り込まれた長尺なコルゲートフィン41に、ピアス加工及びトリム加工を施して所定形状の熱交換器を形成する。なお、本発明にかかる熱交換器の製造装置としては、第2プレス装置40が該当する。
以下、第2プレス装置40の構成を詳細に説明する。
第2プレス装置40は、長尺なコルゲートフィンを搬送方向に搬送するための搬送装置42を具備している。本実施形態における搬送装置42は、グリッパーフィーダを採用している。
図2に、グリッパーフィーダによる搬送装置の具体例を示す。
以下、搬送装置であるグリッパーフィーダの符号を42とする。グリッパーフィーダ42は、長尺なコルゲートフィン41を上下方向で挟み込む2つのクランパ45,47が設けられている。グリッパーフィーダ42内の2つのクランパのうち、搬送方向下流側には搬送方向に移動しない固定クランパ47が設けられ、搬送方向上流側には搬送方向に移動する可動クランパ45が設けられている。
可動クランパ45は、長尺なコルゲートフィン41の上面側に位置してコルゲートフィン41の上面に当接する上部クランパ45aと、長尺なコルゲートフィン41の下面側に位置してコルゲートフィン41の下面に当接する下部クランパ45bとを有している。上部クランパ45a、下部クランパ45bともに鉄又はウレタンなどの材質のものを採用することができる。
図2に示す実施形態では、可動クランパ45は、上部クランパ45aが上下動可能に設けられている。下部クランパ45bは上下動せず常にコルゲートフィン41の下面に接触する状態となっている。
可動クランパ45における上部クランパ45aの上下動を行うために、上部クランパ45aには、上下動手段が設けられている。上下動手段の一例として、エアシリンダー57を用いることができる。エアシリンダー57のロッド57aが上部クランパ45aに取り付けられており、エアシリンダー57の動作によって、上部クランパ45aは、コルゲートフィン41に対して接離動することができる。
また、可動クランパ45と同様に、固定クランパ47は、コルゲートフィン41の上面側に位置してコルゲートフィン41の上面に当接する上部クランパ47aと、コルゲートフィン41の下面側に位置してコルゲートフィン41の下面に当接する下部クランパ47bとを有している。上部クランパ47a、下部クランパ47bともに鉄又はウレタンなどの材質のものを採用することができる。
図2に示す実施形態では、固定クランパ47は、上部クランパ47aが上下動可能に設けられている。下部クランパ47bは上下動せず常にコルゲートフィン41の下面に接触する状態となっている。
固定クランパ47における上部クランパ47aの上下動を行うために、上部クランパ47aには、上下動手段が設けられている。上下動手段の一例として、エアシリンダー58を用いることができる。エアシリンダー58のロッド58aが上部クランパ47aに取り付けられており、エアシリンダー58の動作によって、上部クランパ47aは、コルゲートフィン41に対して接離動することができる。
続いて可動クランパ45の搬送方向への移動方法について説明する。
可動クランパ45には、可動クランパ45が搬送方向に往復動することができる往復動手段が設けられている。往復動手段の一例としてサーボモータ61とボールねじ62を採用することができる。
本実施形態では、可動クランパ45の下部クランパ45bは、移動基台63の上面に配置されており、移動基台63がボールねじ62の回転運動に対して直進運動するように設けられている。ボールねじ62は、その軸線が搬送方向と同一方向となるように配置されている。ボールねじ62のいずれか一方の端部には、サーボモータ61が取り付けられており、サーボモータ61の駆動によってボールねじ62が回転する。
また、移動基台63は、コルゲートフィン41の側方からコルゲートフィン41の上方に延出され、上部クランパ45aとエアシリンダー57が取り付けられている。したがって、移動基台63の搬送方向への往復動にしたがって、上部クランパ45a、エアシリンダー57、及び下部クランパ45bが移動基台63と一体となって搬送方向に往復動することができる。
固定クランパ47の下部クランパ47bは、固定基台65の上面に配置されている。固定基台65は、ボールねじ62の回転の影響を受けないように、ボールねじ62が接触しないように貫通させる貫通穴67が形成されている。
また、グリッパーフィーダ42の搬送ピッチを制御する制御部64が設けられている。
制御部64は、あらかじめ設定された制御プログラムに基づいてサーボモータ61の回転駆動を制御する。
次に、図3に第2プレス装置40内での加工工程の平面図を示す。長尺なコルゲートフィン41は図面左から右方向へ搬送されるものとする。
第2プレス装置40では、長尺なコルゲートフィン41の幅方向に沿って2種類の熱交換器α、βを製造している。本実施形態では、搬送方向を向いて左側でサイズの大きい熱交換器αを製造し、右側にサイズの小さい熱交換器βを製造している。
本実施形態では、熱交換器αは、ブランクサイズ(搬送方向のトリム代10mmを含めたサイズ)が110mmであり、幅方向が100mmのほぼ正方形状である。
熱交換器βは、ブランクサイズ(搬送方向のトリム代10mmを含めたサイズ)が90mmであり、幅方向が80mmのほぼ正方形状である。
また、熱交換器αは、正方形の四隅の4か所と中心の1か所の計5か所に熱交換用チューブが挿入される平面視円形の貫通穴10が形成されている。
熱交換器βも同様の形状を有しており、正方形の四隅の4か所と中心の1か所の計5か所に熱交換用チューブが挿入される平面視円形の貫通穴12が形成されている。
熱交換器αの加工工程としては、加工順番通りに説明すると、中央の貫通穴10を形成する中央ピアス工程Aと、四隅の4か所の貫通穴10を形成するピアス工程Bと、トリム工程Cと、切断工程Dを有している。
中央ピアス工程Aに設けられたピアスパンチ(図示せず)によって中央の1か所の貫通穴10が形成され、その後にピアス工程Bに設けられた複数のピアスパンチ(図示せず)によって四隅の4か所の貫通穴10が同時に形成される。
ピアス工程Bの後、トリム工程Cにおいては、トリムパンチ66によって、製造される熱交換器αの外形が形成される。本実施形態では、トリムパンチ66は、幅方向に沿って2か所に配置されており、正方形状の幅方向の左右両辺と、前後の熱交換器を連結しているトリム代部67を成形する。
トリム工程Cの後、切断工程Dにおいては、切断刃68によってトリム代部69を切断し、角が丸められた正方形状の熱交換器を形成する。形成された熱交換器は、スタッカ70(図1参照)に積層される。
熱交換器α用の各ピアスパンチ、トリムパンチ66及び切断刃68は、1つの金型内に配置され、この金型の動作によって同時にプレス加工できるように設けられている。
また、熱交換器βの加工工程としては、加工順番通りに説明すると、中央の貫通穴12を形成する中央ピアス工程aと、四隅の4か所の貫通穴12を形成するピアス工程bと、トリム工程cと、切断工程dを有している。
中央ピアス工程aに設けられたピアスパンチ(図示せず)によって中央の1か所の貫通穴12が形成され、その後にピアス工程bに設けられた複数のピアスパンチ(図示せず)によって四隅の4か所の貫通穴12が同時に形成される。
なお、熱交換器α用のピアスパンチの位置と、熱交換器β用のピアスパンチの位置は、搬送方向に沿って異なる位置(熱交換器α用のピアスパンチが、熱交換器β用のピアスパンチよりも上流側)に配置されている。これは、後述するように最後の切断工程の位置を一致させるためである。
ピアス工程bの後、トリム工程cにおいては、トリムパンチ72によって、製造される熱交換器βの外形が形成される。本実施形態では、トリムパンチ72は、幅方向に沿って2か所に配置されており、正方形状の幅方向の左右両辺と、前後の熱交換器を連結しているトリム代部69を成形する。
なお、熱交換器α用のトリムパンチ66の位置と、熱交換器β用のトリムパンチ72の位置は、搬送方向に沿って異なる位置(熱交換器α用のトリムパンチ66が、熱交換器β用のトリムパンチ72よりも上流側)に配置されている。これは、後述するように最後の切断工程の位置を一致させるためである。
トリム工程cの後、切断工程dにおいては、切断刃74によってトリム代部69を切断し、角が丸められた正方形状の熱交換器を形成する。形成された熱交換器は、スタッカ70(図1参照)に積層される。
熱交換器β用の各ピアスパンチ、トリムパンチ72及び切断刃74は、熱交換器α用の金型とは別個に動作する別の金型内に配置されており、この金型の動作によって同時にプレス加工できるように設けられている。
次に、制御部64によって制御される搬送装置42の搬送制御方法について説明する。
本発明の製造装置は、1枚の長尺なコルゲートフィンからサイズの異なる2種類の熱交換器を製造することを目的としている。そして、条件としては最後の切断工程の位置を一致させることである。
本実施形態では、搬送装置42の送りピッチを2つの熱交換器α、βのブランクサイズの最大公約数の整数倍に一致させるよう制御部64が制御している。
本実施形態では、熱交換器αのブランクサイズが110mm、熱交換器βのブランクサイズが90mmであることから、最大公約数は10mmである。
そこで、本実施形態では、制御部64は送りピッチが10mmの整数倍となるように、搬送装置42を制御する。具体的には、送りピッチが10mmの整数倍となるように、制御部64はサーボモータ61の駆動を制御する。
図4に、熱交換器αのブランクサイズが110mm、熱交換器βのブランクサイズが90mmである場合における第2のプレス装置40の動作フローを示す。以下の説明は、何も加工されていない長尺なコルゲートフィンを最初から加工する場合についての説明である。
まず、最初のプレスによって、熱交換器αのピアスパンチと、熱交換器βのピアスパンチとが同時に動作し、熱交換器αと熱交換器βの貫通穴12が形成される。この最初のプレスが図4ではプレスショット1と図示されている。
最初のプレスから、10mmの9倍の90mmを送りピッチとすると、長尺なコルゲートフィン41の搬送距離は90mmとなる。この90mmという距離は、熱交換器βのブランクサイズと同一サイズである。
そこで、長尺なコルゲートフィン41が90mm送られた後、熱交換器βに対する金型が動作する。このとき、熱交換器βに対する中心位置にピアスするピアスパンチと、複数のピアスパンチが動作し、中心部分に貫通穴が未加工の箇所に対しては中心に貫通穴12が形成され、先のプレスショット1ですでに中心位置に貫通穴12が形成されている箇所に対しては、複数のピアスパンチにより熱交換器βの四隅の4か所の貫通穴12が同時に形成される。
このプレスが図4ではプレスショット2と図示されている。
プレスショット2のあと、10mmの2倍の20mmを送りピッチとすると、プレスショット1からの長尺なコルゲートフィン41の搬送距離は90+20=110mmとなる。この110mmという距離は、熱交換器αのブランクサイズと同一サイズである。
そこで、プレスショット2のあと長尺なコルゲートフィン41が20mm送られた後、熱交換器αに対する金型が動作する。このとき、熱交換器αに対する中心位置にピアスするピアスパンチと、熱交換器αに対する複数のピアスパンチが動作し、中心部分に貫通穴が未加工の箇所に対しては中心に貫通穴10が形成され、先のプレスショット1ですでに中心位置に貫通穴10が形成されている箇所に対しては、複数のピアスパンチにより熱交換器αの四隅の4か所の貫通穴10が同時に形成される。
このプレスが図4ではプレスショット3と図示されている。
プレスショット3のあと、10mmの7倍の70mmを送りピッチとすると、プレスショット2からの長尺なコルゲートフィン41の搬送距離は20+70=90mmとなる。この90mmという距離は、熱交換器βのブランクサイズと同一サイズである。
そこで、プレスショット3のあと長尺なコルゲートフィン41が70mm送られた後、熱交換器βに対する金型が動作する。このとき、熱交換器βに対する中心位置にピアスするピアスパンチと、複数のピアスパンチと、トリムパンチが動作し、中心部分に貫通穴が未加工の箇所に対しては中心に貫通穴12が形成され、先のプレスショット1ですでに中心位置に貫通穴12が形成されている箇所に対しては、複数のピアスパンチにより熱交換器βの四隅の4か所の貫通穴12が同時に形成され、中心位置と四隅に貫通孔12が形成されている箇所に対しては、トリムパンチにより熱交換器βの外形が形成される。
このプレスが図4ではプレスショット4と図示されている。
プレスショット4のあと、10mmの4倍の40mmを送りピッチとすると、プレスショット3からの長尺なコルゲートフィン41の搬送距離は70+40=110mmとなる。この110mmという距離は、熱交換器αのブランクサイズと同一サイズである。
そこで、プレスショット4のあと長尺なコルゲートフィン41が40mm送られた後、熱交換器αに対する金型が動作する。このとき、熱交換器αに対する中心位置にピアスするピアスパンチと、複数のピアスパンチと、トリムパンチが動作し、中心部分に貫通穴が未加工の箇所に対しては中心に貫通穴10が形成され、先のプレスショット1ですでに中心位置に貫通穴10が形成されている箇所に対しては、複数のピアスパンチにより熱交換器αの四隅の4か所の貫通穴10が同時に形成され、中心位置と四隅に貫通孔10が形成されている箇所に対しては、トリムパンチにより熱交換器αの外形が形成される。
このプレスが図4ではプレスショット5と図示されている。
プレスショット6以降の説明は省略するが、本実施形態のようにブランクサイズが90mm、110mmの2つの熱交換器を加工する際には、図4に示すように送りだした距離が、2つの熱交換器のブランクサイズのうちのいずれかと一致したときにいずれかの金型を動作させている。そして、本実施形態では、プレスショット19まで行うと、送り出した距離が、ブランクサイズ90mmと110mmの最小公倍数となって、動作が一巡する。
プレスショット19の次は、プレスショット1に戻り、熱交換器α、βに対するプレスショット1から再度開始される。
上述してきた実施形態では、ブランクサイズが110mm及び90mmの熱交換器を製造する例について説明したが、ブランクサイズの例としてはこの数値に限定するものではない。そして、図4に示した例は、送り量が10mmの整数倍であったが、各熱交換器のブランクサイズによって、この送り量は適宜変更することができる。
なお、2つのサイズの異なる熱交換器を1枚のコルゲートフィンから同一装置内で製造する場合、各工程間の距離を各熱交換器のブランクサイズの最小公倍数に設定することも可能ではある。しかし、これでは各工程間の距離が大きくなるので、送りピッチの累積誤差が大きくなるという課題や、金型サイズが大きくなりすぎるという課題がある。
さらに、2つのサイズの異なる熱交換器を1枚のコルゲートフィンから同一装置内で製造する場合、サイズが小さい熱交換器のブランクサイズを、サイズが大きい熱交換器のブランクサイズに一致させるために、サイズが小さい熱交換器のトリム代を長くすることも可能ではある。しかし、これではサイズが小さい熱交換器のトリム代の廃棄部分が多くなってしまい歩留りが悪くなるという課題がある。
そこで、上述してきたように、搬送装置42の送りピッチを各熱交換器のブランクサイズの最大公約数とし、それぞれのプレスタイミングを異ならせることにより、各工程間の距離を短くすることができるので、金型の大きさ及び送りに伴う累積誤差を小さくでき、またトリム代の長さを小さく抑えることで歩留まりを上げることができる。
なお、上述してきた実施形態では、幅方向に並んでサイズが異なる2つの熱交換器を製造する例について説明してきた。
しかし、幅方向に並んで3つ以上の熱交換器を製造する場合においても、送りピッチを各熱交換器のブランクサイズの最大公約数とし、それぞれのプレスタイミングを異ならせることを実施してもよい。
以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
10 貫通穴
12 貫通穴
30 製造装置
31 薄板
32 アンコイラー
34 フィーダー装置
36 第1プレス装置
40 第2プレス装置
41 コルゲートフィン
42 搬送装置(グリッパーフィーダ)
45 可動クランパ
45a 上部クランパ
45b 下部クランパ
47 固定クランパ
47a 上部クランパ
47b 下部クランパ
57 エアシリンダー
57a ロッド
58 エアシリンダー
58a ロッド
60 貫通穴
61 サーボモータ
63 移動基台
64 制御部
65 固定基台
66 トリムパンチ
67 トリム代部
68 切断刃
69 トリム代部
70 スタッカ
72 トリムパンチ
74 切断刃
A 中央ピアス工程
a 中央ピアス工程
B ピアス工程
b ピアス工程
C トリム工程
c トリム工程
D 切断工程
d 切断工程
α 熱交換器
β 熱交換器

Claims (2)

  1. 1枚の長尺なコルゲートフィンから、異なるサイズの複数種類の熱交換器を製造する製造装置であって、
    前記長尺なコルゲートフィンを所定ピッチで搬送方向に搬送する搬送装置と、
    前記長尺なコルゲートフィンの搬送方向に対して直交する幅方向に複数設けられ、それぞれサイズが異なる複数のトリムパンチと、
    各前記トリムパンチの搬送方向の下流側において、前記長尺なコルゲートフィンの搬送方向に対して直交する幅方向に複数設けられ、各前記トリムパンチによって成形された長尺なコルゲートフィンの一部を切断することで所定サイズの熱交換器を製造し、且つ各前記熱交換器の排出位置を搬送方向に沿って同一位置とするため、搬送方向に沿った同一位置に設けられている複数の切断装置と、
    異なるサイズの熱交換器を製造するトリムパンチどうしのプレスタイミング及び異なるサイズの熱交換器を製造する切断装置どうしのプレスタイミングは、互いに異なるタイミングとなるように制御し、且つ前記搬送装置の送りピッチを、各前記熱交換器の互いのブランクサイズの最大公約数の整数倍を送りピッチとするように制御する制御部とを具備することを特徴とする熱交換器の製造装置。
  2. 各前記トリムパンチの搬送方向の上流側には、長尺なコルゲートフィンを上下方向に貫通する貫通穴を形成する複数のピアスパンチが設けられ、
    前記制御部は、
    ピアスパンチどうしのプレスタイミングは、互いに異なるタイミングとなるように制御することを特徴とする請求項1記載の熱交換器の製造装置。
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CN106424322A (zh) * 2016-10-27 2017-02-22 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 一种面内双向冲孔滑块机构
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