(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空で肉厚の薄い中程度の長さの平坦な金属管を切り離して略バリ無しの切り離し端部を備える所定の長さの管にする切り離し方法にして、
端部壁により接続された平坦な上方及び下方壁を有する所定の長さの中空の平坦な管を提供する段階と、
前記管と直線状切刃部分を有する対向した切断ブレードとの相対的な動きを提供することにより、前記管の一部を切断する段階であって、前記動きが、上方及び下方壁に対して略平行であり且つ前記管の長手方向軸線に対し直角の方向に向けられるようにする段階と、
前記管の長手方向軸線に沿って前記管に急激な衝撃力を付与することにより、前記管を完全に切断する段階と、
を備えることを特徴とする管の切り離し方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法にして、前記管の一部を切断する段階が、上方及び下方壁を完全に切断する段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法にして、前記切断ブレードの直線状切刃部分が前記上方及び下方壁に関して鋭角な角度を形成することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法にして、前記切刃部分の各々の先端が、前記相対的な動作中、それぞれの上方及び下方壁の外面から外方に離間された線に沿って移動し、前記切刃部分の後端が、各壁の内面により形成された面内に配置された線に沿って移動することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法にして、前記切刃部分の各々の先端が、前記相対的な動作中、それぞれの上方及び下方壁の外面から外方に離間された線に沿って移動し、前記切刃部分の後端が、各壁の内面から内方に離間された線に沿って移動することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の方法にして、前記切断ブレード各々が、前記管に関して移動し、横方向への切断力が、前記管の前記長手方向軸線に対して直角の前記方向に向けられ、前記横方向への切断力の各々が、前記管のそれぞれの上方及び下方壁の前記外面に対し直角方向の成分を有し、前記成分の大きさが前記鋭角な角度の正弦に等しいことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項３ないし６の何れかに記載の方法にして、前記管が、略矩形の横断面を有し、前記鋭角な角度が前記壁の一方と前記横断面の対角線とにより形成された角度に等しいことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法にして、前記角度が約２゜以下であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法にして、前記角度が約１゜20'であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
中空で肉厚の薄い中程度の長さの平坦な金属管を切り離して略バリ無しの切り離し端部を備える所定の長さの管にする切り離し装置にして、
軸方向に離間した第一及び第二の把持手段に対して中空で肉厚の薄い平坦な所定の長さの管を供給する手段と、
前記把持手段の間に介装された切断手段とを備え、
前記切断手段が、切断ブレードによる切断動作中、前記管の長手方向軸線に対し直角な第一の摺動軸線上に固定状態に前記切断ブレードを保持する横断スライドに剛性に固定された切断ブレードを備え、
前記切断ブレードが、前記管の平坦面に関して鋭角な角度を形成する直線状切刃部分を備え、
前記管の長手方向軸線に対して直角な第二の摺動軸線上で前記横断スライドを動かす手段と、
前記把持手段の一方を強く打撃することにより、前記横断スライドから離れる方向に向けて前記長手方向軸線に沿って急激な衝撃力を付与する手段を備え、前記衝撃力の大きさが前記管を破断させるのに十分であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項10に記載の装置にして、前記鋭角な角度が約２゜以下であることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項10又は11に記載の装置にして、前記角度が約１゜20'であることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１ないし９の何れかに記載の方法にして、前記切断ブレードの直線状切刃部分が、相対的な移動方向に関して鋭角な角度を形成することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１ないし９の何れかに記載の方法にして、前記切断ブレードが、切断工程中、互いに関して固定されていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項10ないし12の何れかに記載の装置にして、前記横断スライドを動かす手段が、前記切断ブレードの直線状切刃部分を、前記管を経て移動させ得るようにしたことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項10ないし12の何れかに記載の装置にして、前記切断ブレードの各々が、切断するための第二の直線状切刃部分を備え、前記第二の直線状切刃部分の各々が、前記管の平坦面に関して鋭角な角度を形成し、前記第一の切刃部分に関して鈍角な角度を形成することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、切断装置、及び切断技術に関し、より具体的には、平坦な熱交換器管を切り離して、略バリ（burr）無しの切り離し端部を有する所定の長さの管にする方法及びその装置に関する。
従来の熱交換器管は、円筒状で肉厚の薄い銅管を曲げて、蛇行した形状とし、また熱交換フィンを設けることにより製造されている。切断工具により半径方向内方に伸長するバリが形成されることを出来るだけ少なくするために、管を切断するときに注意が必要であることは、以前から認識されていることである。典型的に、切断工具を内方に動かしつつ、管の外周の周りで切断工具を旋回させることにより、これらの管の切断が行われる。
かかる管におけるバリの形成を出来るだけ少なくするため、各種の機構が提案されている。かかる装置の一つは、フランクス（Franks）への米国特許第3,568,488号に開示されている。このフランクスの特許によれば、管はきつく把持されかつ引張り状態に置かれ、管に引張力が加えられる間に、切断工具が該管の外周に管壁を貫通する環状切断部を形成する。管に引張力を加えた状態にあるとき、その引張力が未だ切断されていない管壁の引張り強度を上廻り、管が破断する。その結果、管の材料は、完全に切断されず、その一部しか切断されず、切断箇所にて部分的に切り離される。故に、その切り離し動作に起因する押出しにより、内方に伸長するバリの発生は、最小となる。この切断技術のその他の例は、米国特許第4,235,137号、同第4,112,794号及び同第3,692,219号に記載されている。
熱交換器管の最近の進歩には、アルミニウムから成る平坦な管を押出し成形により製造する技術がある。この平坦な管は、平坦で平行な面と、丸味を付けた端部とを有し、平坦で狭小な内部通路を形成する。この内部通路は、管の平坦な壁の間を垂直方向に伸長する平行な壁により形成された、軸方向に伸長する複数の内部室に仕切られる。この構成は、該管を流動する液体に対し大きい表面積を提供する。これらの内部室を形成する壁の離間距離は、狭いから、バリが通路を妨害したり、管を流体源に接続することを含む、管の端部同士を合わせて接続すること、及びその他の工程を妨げることがないようにするため、切断端部は、実質的にバリ無しであることが必須である。
平坦な管の寸法及び形状に対応すべく、管の切り離し端部が実質的にバリ無しであるような方法にて管を切り離すことを含む管の切り離し技術の改良が為されている。この開発は、スティーブン・エル・ストロープ・ジュニア（Steven.L.Storoup.Jr.）に付与された米国特許第5,143,268号に記載されている。ストロープ・ジュニアの米国特許によれば、所定の長さの平坦な金属管が、把持装置により離間された位置にクランプされる。円形の切断又は切り込みブレードが、管の両側に、深さの等しい刻み線を深く形成し、これらの刻み線の各々が管の縦軸線に対して直角な面内にあるようにする。これらの刻み線は、平坦な管壁の肉厚の全体を貫通することはない。大きい衝撃力を付与して把持装置の一つを強く打撃することにより、管の縦軸線に沿って大きな衝撃力が付与される。この衝撃力の大きさは、管の平坦で且つ平行な面を刻み線から切り離し、内部の平行壁と丸味を付けた端部とを切り離すのに十分である。この急激な衝撃は、金属を有効に延伸させたり、又は常温歪みを生じされることがなく、刻み線から管を破断させ、これにより、バリ、又は管の狭隘化を解消し、又は実質的に軽減することが可能となる。
多数ポートを有する肉厚の薄い押出し管を切り離す別の技術は、ウォールスティン（Wohrstein）に付与された米国特許第5,133,492号に記載されている。このウォールスティンの米国特許によれば、上方及び下方のクランプ部材の間に所定の長さの管がクランプされる。これらの上方及び下方のクランプ部材は、直線状切刃部分を有する切断ブレードを備えており、該切断ブレードは、上方壁及び下方壁の厚さよりも僅かに浅い深さまで管の上方及び下方壁内に押し込まれる。該管は、切断ブレードにより形成された溝に対し垂直方向に向けて、部分的に切断された管の一部を引き出し、管の第二の部分から分離して切り離す。この発明によれば、金属がベル状の形状に狭隘となり、管の断面開口部の妨害が可能な限り少ないような金属の延伸特性であるようにする。
ストロープ・ジュニアの上記米国特許に記載された技術に伴う一つの問題点は、線を刻むとき、上方及び下方の円形の切断又は切り込みブレードが管の断面に与える影響である。この円形の切断ブレードは、回転可能に取り付けられており、その有効面積には、切断ブレードが管壁に係合するときに該切断ブレードにより形成される円弧状部分が含まれる。この円弧状部分の長さは、極めて短く、故に、切断ブレードにより管には有効に内方への力が付与される。その結果、平坦な壁が完全に切断されないように注意しなければならない。さもなければ、かかる切断により、内方を向いたバリが生ずるからである。他方、壁を完全に切断しない場合でも、これらの壁が潰れ、管の通路の有効断面積が縮小する傾向となる。
同様にして、ウォールスティン等の教示によれば、切断力の全ては、押出し面に対し垂直に付与され、このため、管が内方に変形することは、実質的に不可避となる。更に、このウォールスティン等の特許の一つの特徴は、押出し工程中、その切断ブレードを利用して管を拘束するため、これらのブレードは、押出し工程によりブレードに加わるせん断応力に抵抗するのに十分な厚さでなければならない。せん断応力に対する抵抗力を増すためには、このブレードの厚さを厚くしなければならず、ブレードによる金属の押出しは、当然に、管の開口部内に向かうようにしなければならない。
発明の概要
本発明は、離間した位置にて管にクランプ力を付与し、また、管の長手方向軸線に対して直角に管の対向する平行な平坦壁を切断することにより、平坦なアルミニウム熱交換器管を切り離す方法及びその装置を提供するものである。薄切りブレードは、管の平坦面に対してある角度にて傾斜させた直線状切刃部分であって、管の外面に関して外方に離間させた先端の切刃部分と、平坦な管壁の内面に関して僅かに内方に離間させた後端の切刃部分とを有する直線状切刃部分を備えている。この薄切りブレードにより管の平坦面に関して形成された角度は、管壁の断面の対角線及び壁の平坦面により形成される角度に略等しい。関係する角度が極めて小さいため、管壁に関して直角に付与される切断力は、該壁に対して平行に付与される切断力よりも小さい。このため、この薄切りブレードを管の平坦壁を完全に切断する位置に配置した場合でも、管の通路に向けて内方に伸長するバリが発生することはない。また、この薄切りブレードは、切断すべき壁の対角線に対応する姿勢で管壁に取り付けられるため、このブレードの有効切断移動距離は、管の幅の２倍となる。これは、対向する円形のカッタが管の対向壁の一部を切断するときの総移動距離と対照的である。ここで、かかる移動距離は、管の幅、及びウォールスティン等の切断ブレートの総移動距離を僅かに上廻る。このウォールスティン等の特許において、切断ブレートの総移動距離は、管の肉厚を僅かに下廻る。管の対向壁を切断し、又は略切断するときに伴う全作業量は、上記の全ての状況にて等しいため、また、本発明による切断移動距離は、最大となるため、この薄切り工程に伴う力は、最小となり、特に、壁の平坦壁の面に対して直角な力は、最小となる。
対向壁を切断した後、未切断の管側部の極限強度、及び軸方向に伸長する内部室を形成する複数の内部の平行壁の極限強度を上廻る軸力を付与することにより、この管は、完全に切断される。本発明の好適な実施例によれば、この管に付与される力は、該管の長手方向軸線に沿った大きい衝撃力である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による平坦な金属管を切り離す機械の平面図、
図２は、図１に示した機械の立面図、
図３は、該機械の刻み線形成ヘッド部分の平面図、
図3Aは、図３に示した部分の立面図、
図４は、図３の線４−４で示した部分面に沿った断面図、
図５は、図３の線５−５で示した部分の面に沿った断面図、
図６は、緊張クランプ及び該緊張クランプに関係する衝撃装置の立面図、
図７は、図５に示した装置の平面図、
図８は、切断ブレードの切断ストローク中における切断ブレードと平坦な管との間の関係を示す、一対の切断ブレードの拡大立面図、
図９は、図８の線９−９で示した部分の面に沿った断面図、
図10は、対向する一対の薄切りブレードの立面図である。
発明の詳細な説明
添付図面、特に、図１及び図２を参照すると、中程度の長さの平坦な金属管を所定の長さに切断する装置10が示してある。該装置10は、需要に応じて材料を繰り出す従来の巻き懈き組立体12と、材料供給ロール組立体14と、矯正・寸法設定組立体16と、材料の増分的供給のためのクランプ組立体18と、切断及び切り離し工程中、材料を安定化させるクランプ組立体20と、カッタ組立体22と、衝撃により材料を切り離すクランプ組立体24とを備えている。
理解されるように、材料の巻き懈き組立体は、その上に平坦な管34が巻かれたスプール取り付け体26、28、30、32を備えている。これらのスプール取り付け体26、32は、管34を動力駆動の供給ステーション14に供給する作用位置にある。これらのスプール取り付け体28、30は、使用可能な待機位置にある。
管34は、ガイド管36を通じて、供給ローラ組立体14に供給され、該供給ローラ組立体14は、供給ローラ38を備えている。管34は、この供給ローラから矯正・寸法設定組立体16に進む。この矯正・寸法設定組立体16は、従来型式の装置であり、その面の各々に工具の固定装置、即ちローラ42を有するタレット40を備えており、このため、該タレット40は、幅及び厚さの異なる管を受け入れ得るように位置決めする。管34は、ガイド46を通じて、クランプ組立体18に供給され、該クランプ組立体18は、その他のクランプ組立体20、24と同様であり、これらのクランプ組立体のクランプ機能については以下に詳細に説明する。
クランプ組立体18は、管を把持し、調節可能なストッパ48、50の間の距離に等しい距離だけ、ある長さの管をクランプ組立体20、24を通じて進めるように構成される。明らかであるように、ストッパ48、50の間の距離は、管の所望の軸方向長さに等しい。線形アクチュエータ52がこの所望の長さに予め調節されており、また、この線形アクチュエータは、長さを正確に制御し得るようにストッパ48の位置を設定する。
クランプ組立体18はカイドロッド53、54の上に取り付けられており、クランプ組立体18はクランプ組立体18に固定されたピストンロッド58を有する供給シリンダ56により往復運動される。このクランプ組立体18がクランプ組立体20に向けて往復運動することにより、また、クランプ組立体18がクランプ位置にあることにより、クランプ組立体18は、非クランプ位置にあるクランプ組立体20、24を通じ且つ介装された切断組立体22を通じて一対の平行な管を軸方向に進める。クランプ組立体18がストッパ50に対し完全に前進すると、クランプ18が解放され、クランプ組立体18は、その図示した位置に復帰する。クランプ組立体18が解放される前で、クランプ組立体18がそのストッパ50に接触している間に、クランプ組立体20、24を作動させて管34をしっかりと把持する。クランプ組立体18、20、24は、略同一であるため、クランプ組立体20は、本明細書において、その他のクランプ組立体の典型例として説明する。
クランプ組立体20（図４）は、固定の上方プラテン60と、可動の下方プラテン62とを備えている。該上方プラテン60は、その上に取り付けられた空気圧作動シリンダ64を備えており、該シリンダ64は、上方プラテン60を通って摺動可能に突出するピストンロッド66を備えている。締結ボルト68が可動プラテン62を通って伸長して、ピストンロッド66内に入り、このため、可動プラテン62を図示した閉塞クランプ位置から解放することが出来る。かかる動作中、下方プラテン62は、止めねじ72により上方プラテン60に固定され且つプラテン62のガイド穴74内に受け入れられたロッド70より案内される。これらのプラテン60、62には、それぞれ上方組のダイ76及び下方組のダイ78が設けられている。上方組のダイ76は、締結具80により保持される一方、下方組のダイ78は、締結具82により固定される。この組のダイ76、78の各々は、協動してクランプ開口部84を形成し、該クランプ開口部84は、管34の断面に対応する断面を有して、組のダイ76、78が協動して管をクランプするとき、管に対して僅かに干渉する。
クランプ組立体20、24がクランプ組立体18により進められたある長さの管を確実に保持する状態にて、該管は、以下の方法により切断することでその一部が切断される。この切断組立体22は、クランプ組立体20、24の間に介装される。このため、管は、ビーム94の細長い穴90、92を通って突出する。該ビーム94は、蟻継ぎブロック97と協動するガイドブロック96に取り付けられる。ビーム94の一端は、作動シリンダと関係するピストンロッド98に固定されている。該シリンダは、その図示した位置からシリンダ100に隣接する位置までビームの位置を移動し得るようにしてある。
上方切断ブレード102及び下方切断ブレード104は、それぞれ、ビーム94に取り付けられている。このため、その切刃部分は、穴90、92内に突出する。切断ブレード102の一つが、図10により詳細に示してある。切断ブレード102、104は、400系の外科用等級のステンレス鋼で製造することが望ましく、その切刃部分は、約10゜の全体の夾角を形成するようにする。切断ブレード102、104の各々は、一対の直線状切刃部分102a、102b、104a、104bを備えている。これらの切刃部分102a、102bは、以下に更に詳細に説明するように、管の上面及び下面に対して鋭角な角度を形成する。切断ブレート102の各々は、垂直方向に調節可能であるヨーク105に取り付けられており、このため、ねじ付きシャフト106により切断ブレード102、104の間の距離を調節することが可能である。ビーム94をその図示した位置から作動シリンダ100に隣接する位置まで移動させることにより、切刃部分102b、104bは、上方及び下方の平坦な平行壁130、132をそれぞれ薄く切る。この薄切り動作は、壁130、132を完全に切断するが、切刃部分102b、104bは、壁130、132の厚さを僅かに越える程度、伸長するため、また、切刃部分102b、104bが壁130、132に関して形成する角度が極めて小さいため、内方を向いたバリの形成を完全には、防止し得ないが、そのバリの発生は、最小となる。
これらの切刃部分102a、102b、104a、104bは、全て、壁130、132の面に関して角度θを形成する。この角度θは、矢印「Ｌ」で示す長さ、及び矢印「Ｗ」で示す幅を有する壁130、132により形成される矩形に対応する矩形の対角線により形成される角度αに等しい。これらの切刃部分102、104の切断移動距離は、管の幅の約２倍であり、このストローク中に付与される切断力は、水平方向であり、その切断力の垂直方向成分は、切断角度θの正弦に等しいため、垂直方向に壁130、132に付与される切断圧力は極めて軽微である。この角度θは、２゜以下であることが望ましく、幅0.69インチで厚さ0.016インチの管の場合、この切断角度は、１゜20′であることが望ましい。この方法で管の一部を切断した後、及びクランプ組立体20、24がその管を把持する間に、この管は、次の方法で完全に切断される。図６、図７を参照すると、クランプ組立体24は、基部112を更に備えている。アンビル（金敷）118は、シリンダ116内に取り付けられ、空気圧作動の作動シリンダ122から突出するピストンロッド120により支持されている。シリンダ122を作動させることにより、管34に切断衝撃力が付与され、ピストンロッド120を急速に後退させ、金敷118がシリンダ116の壁124を打撃し、図５に示すように、クランプ組立体24の全体を左方向に且つ緩衝機構に対して動かす。管に一定の引張力が付与される場合のように管が延伸しないため、クランプ組立体24に加えられる急激な衝撃力は、壁124をバリ無しの状態に破断させる。クランプ組立体24は、切断した管を解放し、その管は、収集台130上に配置される。また、クランプ組立体20は、管の把持を放し、管は、クランプ組立体20、22、24を通じて増分的に前進し、このため、反復的な操作が可能となる。
最終的な切り離し操作を行うために、管に対し上記の衝撃力を付与することが望ましいが、壁124が狭隘化されても、管を通る流体の流れを有効に妨害することはないから、通常に付与される引張力を利用することが出来る。このため本発明は引張力を管に急激に加えることにのみ限定されるものでない。
また、本発明は、図示し且つ説明した本発明の実施例にのみ限定されるものではない。本明細書に開示した本発明の範囲から逸脱することなく、部品の各種の変形例及び配置の変更が可能であることを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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