(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的薄いシート金属材料（１２）を連続して折曲げ、狭く溝がつけられた波形状（１４）にするフィン折曲げ機（１０）において、
シート金属材料（１２）の対向する側部上に配置されており、前記シート金属材料（１２）に対し横方向に可動で該シート金属材料（１２）と係合し該シート金属材料（１２）を締付けるようになっている一対の対向する締付け具（３２，３４）と、
前記シート金属材料（１２）の対向する側部に配置されており、該シート金属材料（１２）に対し横方向に絶えず可動であり該シート金属材料（１２）と係合し、一方と係合することによって一方向に前記シート金属材料（１２）を折曲げ、他方と係合することによって反対側の方向に前記シート金属材料（１２）を折曲げるようになっている一対の対向する成形具（３６，３８）と、
ほぼ連続した力を前記締付け具（３２，３４）および成形具（３６，３８）の各々にかけ、該工具のそれぞれを前記シート金属材料（１２）に係合させるように付勢するアキュムレータシステム（９４）と、
少なくとも４つのカム装置（１０２，１０４，１０６，１０８）であって、フィン折曲げ機（１０）の作動速度とは関係なく、そのそれぞれが該アキュムレータの付勢力を抑えて前記締付け具（３２，３４）および成形具（３６，３８）の所定のシート材料係合停止位置を規定するとともに、前記締付け具（３２，３４）および成形具（３６，３８）のそれぞれを前記所定のシート材料係合停止位置から離してクリア位置へ移動させるように構成された少なくとも４つのカム装置（１０２，１０４，１０６，１０８）と、
が設けられているフィン折り曲げ機（１０）。
【請求項２】
所定の長さの前記シート金属材料（１２）を前記折曲げ機（１０）に断続的に給送するフィーダ（１６８）と、
前記カム装置（１０２，１０４，１０６，１０８）のそれぞれを回転可能に駆動するための駆動システム（１７４）と、
前記駆動システム（１７４）に応答して前記フィーダ（１６８）を制御するための制御システム（２１０）とを含み、
前記制御システム（２１０）はコントローラ（２１２）及び角度位置を検出するセンサ（２１４）を含んでおり、前記締付け具（３２，３４）および成形具（３６，３８）が前記クリア位置にあるときに前記コントローラは（２１２）は前記センサ（２１４）からの信号に応答して前記フィーダ（１６８）を動かして前記シート金属材料（１２）を進ませるものである、請求項１に記載のフィン折り曲げ機（１０）。
【請求項３】
前記駆動システム（１７４）は、電気モータ（１７６）と該電気モータ（１７６）によって駆動されるようになっている駆動列（１７８）とを含んでおり、該駆動列（１７８）には、前記カム装置（１０２，１０４，１０６，１０８）それぞれのためのスパーギア（２００，２０２，２０４，２０６）と、各カム装置（１０２，１０４，１０６，１０８）及び対応するスパーギアのための共通シャフト（１９０）が含まれている、請求項２に記載のフィン折曲げ機（１０）。
【請求項４】
前記カム装置（１０２，１０４，１０６，１０８）の各々がカム従動子（１１２）と対応するカム（１２２，１２４，１２６又は１２８）とを含んでおり、前記カム（１２２，１２４，１２６，１２８）には最低位置部分（１３２）及び持ち上げローブ部分（１３４）が設けられており、前記持ち上げローブ部分（１３４）は各工具（３２，３４，３６，３８）を前記クリア位置に持ち上げるようになっており、前記最低位置部分（１３２）はアキュムレータシステム（９４）からの付勢力に応じてそれぞれの工具（３２，３４，３６，３８）が前記所定のシート材料係合停止位置まで移動するのを許すようになっており、かつ、前記各カム（１２２，１２４，１２６，１２８）は前記シート金属材料（１２）とそれぞれのカム従動子（１１２）との間に設けられ、各工具（３２，３４，３６，３８）がその所定のシート材料係合停止位置を越えて移動しないようになっているものである、請求項１に記載のフィン折曲げ機（１０）。
【請求項５】
アキュムレータシステム（９４）は、前記締付け具（３２，３４）および成形具（３６，３８）のそれぞれ毎に一対の窒素ガスシリンダ（９６，９８）を含んでおり、該一対のシリンダ（９６，９８）は、フレーム構造（２０）とそれぞれの細長いプレート（４８）との間に取り付けられており、各ガスシリンダ（９６，９８）には前記締付け具（３２，３４）がシート金属材料（１２）をそれぞれの間で締め付けるとともに前記成形具（３６，３８）が当該シート金属材料（１２）を折り曲げるのに十分なガス圧が充填されるものである、請求項１に記載のフィン折曲げ機（１０）。
【請求項６】
前記窒素ガスシリンダ（９６，９８）は、約１５０００ｐ．ｓ．ｉ．のガス充填圧を有することを特徴とする請求項５に記載のフィン折曲げ機（１０）。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般的に、熱交換器またはレキュペレータに用いるためのシート材料を波形にすることに関する。より詳細には、本発明は、速度を高めることのできる機械作動式成形および締付け部材を備える改善されたフィン折曲げ機に関する。
背景技術
熱交換器またはレキュペレータのプレートに用いるためにシート材料を波形にする装置が本分野において公知である。１９７５年７月１日にケネース・Ｊ．ミラー他に付与された米国特許第３、８９２、１１９号において、装置が、比較的薄いシート材料を連続して折曲げ、密接な間隔で深く絞られた蛇行状の渦巻き形状にする。このような装置では、約３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）の高さでインチ（２．５４センチメートル）あたり約４０個のフィンを作り出すことができ、高容量の熱交換器に極めて重要となる広い表面積を形成することになる。この装置では、油圧シリンダにより作動し、比較的大きいピボット運動可能に取り付けられたシューに支持される対向した成形部材を用いる。この装置は、遅い速度で極めて有効に作動するが、１５０サイクル／分を越える速度では満足のいく状態で作動できない。この制限を越えると、成形部材は、機械的な停止を用いても、所望の深さの成形位置を越えるようになる。従って、精密なフィンの高さが失われ、薄いシート材料に過度の応力が加えられ、破断したり別の故障を起こすことになる。
本発明は、従来のフィン折曲げ機の欠点を解決するものである。
発明の開示
本発明の１態様において、比較的薄いシート金属材料を連続して折曲げ狭い間隔の溝がつけられた波形状にするためのフィン折曲げ機が形成される。フィン折曲げ機は、シート材料の対向する側部に配置された一対の締付け具を含む。該締付け具は、シート材料の横方向に可動であり、シート材料と係合して該シート材料を締付け具の間で締める。一対の成形具がシート材料の対向する側部に配置され、該シート材料の横方向に連続して可動であり該シート材料と係合して、一方の成形具と係合することによって一方向にシート材料を折曲げ、他方の成形具と係合することによって反対方向にシート材料を折曲げる。アキュムレータシステムが含まれており、締付けおよび成形具を絶えず付勢してシート材料と係合させるように、力をかけるようになっている。少なくとも４個のカム装置も含まれており、それぞれが、各締付けおよび成形具を動かしシート材料との係合を解除してクリア位置にし、フィン折曲げ機の作動速度とは関係なく、各締付けまたは成形具が所定の材料係合停止位置を越えないようになっている。
【図面の簡単な説明】
図１は、薄いシート材料の材料フィーダに組み合わされた本発明の原理を実施し、直立側部支持の一部が切り取られた状態のフィン折曲げ機の概略的側面図である。
図２は、図１の矢印２−２の方向に見られる状態でわかりやすくするために、材料フィーダが取り除かれたフィン折曲げ機の概略的端面図である。
図３は、図２の矢印３−３の方向に見られた、締付けおよび成形部材を表す側部支持部材の一方と、これらのアキュムレータとの接続との拡大断片的な断面図である。
図４乃至図８は、図４に示した完全に開いた位置から図８に示した完全に閉じた位置に作動中の、締付けおよび成形部材の様々な連続位置を表す概略的側面図である。
図９は、４つのカムの回転度のカムの変位と、これらの各カムのプロフィールを表すグラフである。
図１０は、締付けおよび成形具の細長いプレートの向きを変え、案内するための線形ベアリングの概略的断片断面図である。
図１１は、本発明の成形部材の一方の一般的な構成を表す部分的に拡大された等角投影図である。
図１２は、本発明を用いてフィン折曲げ機によって作り出され成形された波形の概略的等角投影図である。
本発明を実施するのに最良の形態
本発明の原理を実施するフィン折曲げ機が、概略的に図１と図２において１０で示されている。フィン折曲げ機１０は、１２で示す比較的薄い、ほぼ平坦なシート材料を連続して折曲げ、狭い溝がつけられた波形状１４にするのに用いられる。シート材料１２は、３０４．８ｍｍ（１２インチ）の大きいロールで、一般的に商業的に入手可能な約０．８ｍｍ（０．００３インチ）の厚さを有するステンレス鋼であるのが好ましい。このロールは、通路１８（図３を参照）に沿ってマシン１０に給送されるように、フリーホイール給送リールスタンド１６に支持されていればよい。
フィン折曲げ機１０は、一対の直立側部支持部材２４、２６によって形成される貫通開口２２を有するフレーム構造２０と、側部支持部材２４の上端部間のトップ支持部材２８と、側部支持部材２４、２６の下側端部間のベース支持部材３０とを含む。
フィン折曲げ機１０は、図３に示すようにシート材料１２の対向する側部に配置された対向する一対の上側および下側締付け具３２、３４と、シート材料１２の対向する側部に配置されている一対の上側と下側の対向する成形具３６，３８を含む。締付け具３２、３４は、シート材料１２の横方向に可動でありシート材料１２と係合してこれらの間でシートを締付ける。成形具３６、３８は、同じようにシート材料に対し横方向に連続して可動であり、シート材料１２と係合し、第１の成形具３６の係合によってシート材料を１方向に折曲げ、次いで第２の成形具との係合によって反対方向にシート材料を折曲げるようになっている。
転換の後に、図１２において最も良くわかるように、波形材料１４は、上下方向に交互に開き、横方向に延びている、比較的深い蛇行状の複数の溝４２と４４を含み、比較的密着して離れたほぼ垂直方向の側壁、すなわち通常いわれるようなフィン４６を有することになる。
図４乃至図８および図１１から最もよくわかるように、締付けおよび成形具３２、３４、３６、３８は、細長いプレート４８、該各プレート４８の一端に取り付けられている工具ホルダ５０、および該工具ホルダ５０に取り付けられている工具５２とを含む。上側締付け具３２の工具５２には下方に延びるＳ字状のナイフブレード部分５６（図４参照）が設けられている。ブレード部分５６は、上向きの開口溝４２を形成するように最後のフィンに受け取られるように構成されている。下側の締付け具３４の工具５２には、上向きに延びるＳ字状のナイフブレード部分６０が設けられている。このブレード部分６０は、密着した間隔のオフセットの状態で第１の締付け具３２のブレード部分５６と噛み合う関係で最後に形成される溝４２から形成されるように最後のフィン４６に対し受け取られるように構成されており、成形作動の間締付け具３２、３４との間で材料を締めるようになっている。上側成形具３６の工具５２は、同様のナイフブレード部分６２を有しており、下側成形具３８の工具５２には蛇行状ダイ成形側部表面６４とほぼ平坦な遠い方の端部表面７０とが設けられている。遠い方の端部表面６８と上側成形具３６上に形成された反対側の端部表面７０とは、協働して、図８に示すように最後に形成されるフィン４６に近接したシート材料１２を平坦すなわち襞を作らないようにする。
図２と１０に示すように、細長いプレート４８のそれぞれは、フレーム構造の側部支持部材２４、２６との間に横方向に向けられ、それぞれは、一方の側部支持部材２４に近接した第１端部７２と、他方の側部支持部材２６に近接した第２の反対側の端部７４を有する。線形ベアリング手段７６が、細長いプレート４８のそれぞれをフレーム構造２０に取り付けるために設けられており、各プレート４８をシート材料１２の横方向の線形通路に沿って動かすようになっている。このようなベアリング手段７６は、垂直方向に整列しているベアリング組８０、８２を含んでいるのが好ましく、各々は４つの細長いプレート４８のそれぞれの端部７２、７４の一方側に近接して支持される。各ベアリング８０、８２は、直立側支持部２４、２６のそれぞれに取り付けられているブラケット８４と摺動可能にベアリング接触して配置され、ブラケット８４に案内される。ベアリング手段７６は、また４つの細長いプレート４８の第１および第２の側部９０、９２のそれぞれに支持され連動式線形ベアリング８６、８８も含んでおり、ベアリングは摺動接触する。
図２と図３に示すように、フィン折曲げ機１０は、アキュムレータシステム９４を含んでおり、ほぼ連続した力を締付けおよび成形具３２、３４、３６および３８にかけて、工具のそれぞれをシート材料１２と係合させる。アキュムレータシステム９４は、各締付けおよび成形具３２、３４、３６および３８のそれぞれ毎に一対の窒素ガスシリンダ９６、９８を含むのが好ましい。締付けおよび成形具３２、３６の上側の細長いプレート４８の各々は、トップ支持部材２８に近接する上端部１００を有している。締付けおよび成形具３４、３８の下側プレート４８のそれぞれはベース支持部材３０に近接する底端部１０１を有する。一対のガスシリンダ９６、９８のそれぞれは、トップ支持部材２８とベース支持部材３０のそれぞれと、各細長いプレートの近接端部１００、１０１との間に取り付けられる。各ガスシリンダ９６、９８には、締付け具３２、３４がシート材料をこれらの間で締めて、成形具３２、３４の各々がこのシート材料を折曲げるのに十分なものであるように相当なガス圧が充填される。約１０３、３５０ｋＰａのガス充填圧の窒素ガスシリンダ９６、９８が適当であることがわかった。
図４乃至図８で最も良くわかるように、２組のカム装置１０２、１０４、１０６および１０８が、シリンダ９６、９８のアキュムレータの力よりも大きく、締付けおよび成形具３２、３４、３６、および３８のそれぞれとシート材料１２との係合を解除し、図４に示すようなクリア位置にするように設けられている。組になったカム装置が、細長いプレート４８の一端７２に配置されるのがわかる。噛み合う組になったカムが、細長いプレートの他端７４に配置されているが、これらは第１組のカムの鏡像であるので、図面には示さない。
各組のカム装置１０２、１０４、１０６および１０８は、一対のカム従動子１１２と対応する対のカム１１６を含む。一対のカム従動子１１２のそれぞれが各細長いプレート４８の対向する端部７２、７４の一方側に回転可能に支持されている。各カム１１６は側部支持部材２４または２６の近接する一方上に回転可能に支持されている。
対のカム１１６は、締付け具３２を作動するための第１の対１２２、締付け具３４を作動するための第２の対１２４、成形具３６を作動するための第３の対１２６、成形具３８を作動するための第４の対１２８とを含む。対のカム１２２、１２４、１２６および１２８の各々は、異なる所定のプロフィールが形成され、それぞれは完全最低位置部分１３２と完全持ち上げローブ部分１３４とを有している。各完全持ち上げローブ部分１３４は、各工具３２、３４、３６、３８を図４に示すようなシート材料クリア位置に持ち上げるようになっており、完全最低位置部分１３２は、各工具を図８に示すような所定のシート材料係合停止位置にできるようになっている。カム１２２、１２４、１２６および１２８はシート材料１２とその各カム従動子１１２との間に配置される。
カム１２２と１２４とは、１方向に回転すればよいが、カム１２６と１２８は反対側に回転し、全てのカムを、わかりやすくするために図４乃至８において時計方向に回転するように示している。また、各カムのそれぞれの角度位置は図６の矢印によって示されている。
図７に示すように、各カム１２２、１２４、１２６および１２８のプロフィールは、カムの１側部上でローブおよび最低位置部分１３４、１３２との間の下降遷移部分１３８と、他方側でローブおよび最低位置部分との間に上昇遷移部分１４０とを有する。下降遷移部分１３８と各カムのローブ部分１３４との境界点は第１の、すなわちローブ点１４２の終端を形成し、下降遷移部分１３８と最低位置部分１３２との境界点は、第２の、すなわち最低位置点１４４の開始を形成する。同様に、上昇遷移部分１４０と最低位置部分１３２との境界点は、第３の、すなわち最低位置点１４６の終端を形成し、ローブ部分１３４との境界点は、第４のすなわち、ローブ点１４８の開始を形成する。
カム１２２、１２４、１２６、および１２８のプロフィールが図９にグラフ的に示されており、カムプロフィール＃１、＃２、＃３および＃４としてそれぞれ番号が付されている。カム１２２のカムプロフィール＃１に関するローブ点１４２の終わりが、カム変位の０度に配置され、下降遷移部分１３８に沿って下方に越えてほぼ６０度の変位で最低位置点１４４の開始になる。ここから、約２５０度の変位の後、カム１２２のプロフィールが最低位置点１４６の終了に達するまで、最低位置部分１３２に沿って進む。次いで、プロフィールは、上昇遷移部分１４０に進みローブ開始点１４８になり、次いでローブ部分１３４に沿って０度における開始位置になる。カムプロフィール＃２に関するローブ点１４２の終了は、カムプロフィール＃１に関する最低位置点１４４の開始にほぼ一致し、カムプロフィール＃１に対し下降遷移部分１３８を遅らせることになる。同様に、カムプロフィール＃３と＃４の下降遷移部分１３８は、図９に見られるように連続して遅れ、連続した状態でカム１２２、１２４、１２６、１２８を作動させるようになっている。全ての上昇遷移部分は互いに一致できる。しかしながら、カムプロフィール＃２と＃３との上昇遷移部分１４０は、カムプロフィール＃１と＃４のそれぞれよりも先行するのが好ましく、機械１０をより滑らかに作動させることができるようになっている。
図４に示すように全ての工具３２、３４、３６および３８はクリア位置で開始し、上側締付け具３２は、シート材料停止位置にまず動かされ、すぐ続いて、下側締付け具３４がその停止位置に動かされ、続いて上側形成工具３６、最後に下側成形具３８が各停止位置に動かされる。全ての工具３２、３４、３６および３８が停止位置に達すると、下側締付け具３４と上側成形具３６とが共にクリア位置に戻り、すぐ続いて、上側工具３２と下側工具３８とがクリア位置に戻る。
図１および図２に見られるようにフィン折曲げ機１０には、材料フィーダ１６８も設けられており、シート金属材料を矢印１７０に示されている第１の方向にフィン折曲げ機１０に断続的に給送するようになっている。フィーダ１６８は、第１の方向１７０に材料１２を制限さずに給送することができるが、反対方向に材料が進行しないようになっている。
駆動システム１７４は、電気モータ１７６と該モータによって駆動されるようになっている駆動列１７８とを含んでおり、カム１２２、１２４、１２６および１２８のそれぞれを回転可能に駆動するようになっている。図示していないが、同様のギア列１７８が反対側の側部支持部材２６に設けられており、同様に、これに取り付けられているカム１２２、１２４、１２６および１２８を駆動するようになっている。モータ１７６が駆動ベルト１９４によって主クロスシャフト１９２に駆動的に接続されている。主クロスシャフト１９２は側部支持部材２４の間を延びて、スパーギア１９６を有しており、該スパーギア１９６は、側部支持部材２４に回転可能に取り付けられているアイドラギア１９８と噛み合うようになっている。アイドラギア１９８は、第２のカム１２４のスパーギア２００と噛み合う。第２のカム１２４のスパーギア２００は、第４のカム１２８のスパーギアと噛み合う。アイドラギア２０４は側部支持部材２４に回転可能に取り付けられており、第４のカム１２８のスパーギア２０２の駆動動作を第３のカム１２６のスパーギア２０６に伝達するのに用いられる。次いで、第３のカム１２６のスパーギア２０６が第１のカム１２２のスパーギア２０８と噛み合う。共通シャフト１９０がスパーギア２００、２０２、２０６および２０８のそれぞれを各カム１２４、１２８、１２６および１２２に接続するのに用いられる。
制御システム２１０は、駆動システム１７４が作動中に、材料フィーダ１６８を制御する。制御システム２１０はコントローラ２１２とセンサ２１４を含む。センサ２１４は、カム装置１０２、１０４、１０６および１０８の角度位置を検出し、制御信号をコントローラ２１２に送信する。コントローラ２１２は、制御信号に応答して材料フィーダ１６８を作動させ、締付けおよび成形具３２、３４、３６および３８が全て各々のクリア位置にあるときにシート材料１２を進行させる。
フィン折曲げ機１０は、さらにシート材料１２を締付けおよび成形具３２、３４、２６および３８の方向に案内するための入口ガイド２２４と、波形材料１４を締付けおよび成形具から離れるように案内するための出口ガイド２２６とを含む。図１に見られるように、テークアップリールスタンド２２８が波形材料１４をフィン折曲げ機１０から受け取るように設けられているのが好ましい。
本発明の技術に従って構成されたフィン折曲げ機１０は、薄いシート材料１２を、従来可能だった速度よりもより高成形速度で、熱交換器またはレキュペレータの主要表面プレートとして用いるのに適する高縦横比の蛇行状の波形１４に形成するので有効である。このような速度は、カム１２２、１２４、１２６、１２８およびアキュムレータ９６、９８を使用することによって可能となった。高圧アキュムレータ９６、９８は、成形および締付け具３２、３４、３６および３８のカム従動子１１２をカム１２２、１２４、１２６および１２８と絶えず接触するように維持するのに有効であり、一方、カム従動子１１の内側のカムの位置が物理的な停止を行い、成形および締付け具３２、３４、３６および３８が、成形作動の速度とは関係なく所望の成形および締付け位置を越えないようにする。より正確に成形された波形１４が高成形率で得られ、生産性が高められ、成形されない材料による廃棄量を減少させることになる。
締付けおよび成形具３２、３４、３６および３８は円弧状でははく、線形通路で動くために、本発明のフィン折曲げ機１０は、ナイフブレード５６、６０および６２の寿命も改善することになる。これは、シート材料１２とブレード５６、６０、および６２の側部との間の摺動運動量と、ブレードの曲げ荷重量が減少されるからである。従って、ブレード５６、６０および６２は、早期に摩耗しないし、また頻繁に破断することもない。
本発明の別の態様、目的および利点は図面、発明の開示および請求の範囲を研究することによって得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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