JP2003181544A - コルゲートフィン成形歯車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 コルゲートフィン型熱交換器において、その
コルゲートフィンの波の頂部および底部を一対の成形歯
車により平坦に形成すること。 【解決手段】 夫々の成形歯車１の歯底部４の中央部に
山形歯底部４ａを突出形成すると共に、そこに歯合する
歯先部５は、歯先円の直径で周方向に所定幅延在され
る。そして、一方の成形歯車１の歯底部４と、他方の成
形歯の歯先部５の最短距離が、両成形歯車間に供給され
る帯状金属板の板厚より短く形成される。それによりコ
ルゲートフィンの頂部が加工硬化され且つ、それが平坦
に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器用コルゲ
ートフィンを成形する一対の成形歯車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、広く用いられているコルゲートフ
ィン８は、薄い帯状金属板を一対の成形歯車の間に供給
して、図７に示す如く、波形に形成すると共に、その立
ち上がり部７ｄに切り起こしルーバ７ｅを形成したもの
である。このように成形されたコルゲートフィン８は、
その底部７ａ及び頂部７ｂが円弧状に形成され、その円
弧部が偏平チューブ１１の平坦面に接触してろう付け固
定されていた。

【０００３】このようなコルゲートフィンを成形するに
は、一例として、図６に示す成形歯車９を一対歯合さ
せ、それらの間に薄い帯状金属板を供給していた。この
例の成形歯車９は、歯先円直径Ｄ₁ と歯底円直径Ｄ₂ と
の間に多数の山形の歯部を形成するものである。この山
形歯部は、各歯の中心に対して左右対称に形成された一
対の歯形側面６が夫々歯底部４，歯先部５で連結された
ものである。歯形側面６は、一例としてピッチ点Ｐから
基礎円直径Ｄ₃ に接線を引いたとき、その接点Ｐ₁ と点
Ｐとの距離をＲ₁ を半径として、点Ｐ₁ を中心に弧を描
いたときの曲線が用いられる。なお、Ｄ₀ はピッチ円直
径である。

【０００４】また、歯先部５は左右の歯形側面６の端部
延長線どうしを比較的小さな円弧で接続したものであ
る。そして歯底部４は、断面Ｕ字状に凹陥されている。
このような一対の歯合する成形歯車９は、歯合相手の歯
形側面６どうしは薄い金属板を介して互いに接するが、
歯先部５と歯底部４とは接触しないように構成されてい
る。

【０００５】次に、コルゲートフィンの頂部を平坦に形
成して、偏平チューブの平坦面との接触面積を広くし、
両者間の熱伝達の向上を図るものとして、特開昭５５−
１１０８９２号の「コルゲートフィン及びコルゲートフ
ィン成形用刃物」、特開平７−８０５５８号の「コルゲ
ートフィン用成形ローラ」、特開平８−２２９６１５号
の「コルゲートフィン用成形ローラ及びコルゲートフィ
ン成形方法」が提案されていた。これらは何れも、互い
に歯合する一対の成形歯車の歯先部の断面を凹湾曲させ
ると共に、歯底部を凸湾曲させ、その凸湾曲部と凹湾曲
部との間で帯状の金属板を曲折してコルゲートフィンの
頂部の成形をするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すようなコル
ゲートフィン８の底部７ａ，頂部７ｂは円弧状に形成さ
れており、その底部７ａ，頂部７ｂが偏平チューブ11の
外面に接触し、その接触部がろう付けまたはハンダ付け
固定されるものである。そしてその接合部は、底部７
ａ，頂部７ｂが円弧状であるため、偏平チューブ11との
接触部が小さくなり、伝熱性に欠ける欠点があった。

【０００７】また、互いに歯合する一対の成形歯車の歯
先部の断面を凹湾曲させると共に、歯底部を凸湾曲さ
せ、その凸湾曲部と凹湾曲部との間で帯状の金属板を曲
折してコルゲートフィンの頂部の成形をするものは、そ
の歯車の成形が極めて面倒であると共に、コルゲートフ
ィンの形状が安定し難い欠点があった。そこで本発明者
は各種実験の結果、歯車の成形が容易で、コルゲートフ
ィンの頂部を確実に平坦にでき、その形状の安定性の高
い成形歯車を開発し、本発明を完成したものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のコルゲートフィ
ン成形歯車は、互いにその歯形側面(6) どうしが歯合す
る一対の成形歯車(1) (2) 間に、帯状の金属板(10)を供
給してその金属板(10)をコルゲート状に曲折形成するコ
ルゲートフィン成形歯車において、夫々の成形歯車(1)
(2) は、その歯先部(5) が、その歯先円の直径で周方向
に所定幅延在され、その歯底部(4) の中央部が半径方向
外側に、山形に突出形成された山形歯底部(4a)を有し、
一対の成形歯車(1) (2) の歯合状態で、一方の成形歯車
(1) の歯底部(4) と他方の成形歯車(2) の歯先部(5) と
の最短距離が、前記金属板(10)の板厚よりも短く形成さ
れ、前記歯形側面(6) どうしの歯合状態で、山形歯底部
(4a)の頂部に、歯合相手の歯先部(5) の一方側から他方
側に前記金属板(10)を介して連続的に加圧接触するよう
に構成されたことを特徴とするものである。

【０００９】また、上記構成において、一対の前記成形
歯車(1) (2) の歯形側面(6) どうしの隙間を、前記金属
板(10)の板厚に等しいか、それより広く形成し、前記歯
底部(4) と前記歯先部(5) の前記最短距離を、前記金属
板(10)の板厚の０．９倍以下に形成することができる。

【００１０】

【作用】互いに歯合する一方の成形歯車１の歯底部４と
他方の成形歯車２の歯先部５の隙間が、供給される帯状
の金属板10の厚みよりも小さく形成されている。その結
果、帯状金属板10は図３（Ａ）〜（Ｃ）の如く、その頂
部が強く圧縮されて加工硬化すると共に、歯先部外周の
形状に形成される。そして、成形後にコルゲートフィン
をその波の進行方向に圧縮すると、加工硬化した頂部は
湾曲することなくその頂部が平坦に保たれた状態に形成
される。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、図面に基づいて本発明の実
施の形態につき説明する。図１（Ａ）は本発明の成形歯
車の要部断面図であって、同（Ｂ）のＡ部拡大図であ
る。そして図１（Ｂ）は本発明の成形歯車の全体的略図
である。また、図２は一対の成形歯車１，成形歯車２と
の噛み合い状態を順に示す説明図であり、図３はその成
形歯車に供給された金属板の成形状態を示す要部拡大図
であり、図３（Ａ）は図２の（Ｄ）の状態における金属
板を変形途上の状態、図３（Ｂ）は成形完了の状態、図
３（Ｃ）は成形歯車による成形後に、コルゲートフィン
全体を圧縮した状態を示す。さらに図４（Ａ）は一対の
成形歯形によって形成された状態のコルゲートフィン７
の全体を示し、図４（Ｂ）はそのコルゲートフィン７を
波の進行方向に圧縮した状態を示すものである。

【００１２】このコルゲートフィン成形歯車は、互いに
その歯形側面６（歯面）どうしが歯合する同一歯形形状
の一対の成形歯車１，２の間に、一例としてアルミニュ
ーム材，銅材からなる薄い帯状金属板を供給して、その
帯状金属板をコルゲート状に曲折形成するものである。
なお、夫々の成形歯車１，２の歯先部５の両側に形成さ
れた歯形側面６は、図６に示す従来のそれと同一であ
る。しかしながら、歯底部４，歯先部５は従来のそれと
は全く異なった形状に形成されている。そして、歯底部
４と歯先部５の隙間が供給される金属板10の厚みよりも
小さく形成される。

【００１３】先ず、歯底部４は図１及び図２に示す如
く、その中央部が半径方向外側に断面弧状の山形歯底部
４ａを有し、その裾部と歯形側面６の端部とが小さな曲
率半径で連結された歯底隅部４ｂを有する。次に歯先部
５は、成形歯車の歯先円直径と同一に形成され、その結
果、周方向に短い円弧面を有し、一見、平坦形状を呈す
る。そしてこの歯先部５と歯底部４とは、図２の如く、
互いに順に接触するように、その山形歯底部４ａの頂部
に整合してその歯先部５が形成されている。なお、成形
歯車１，２は、夫々その歯形側面６に切り刃部６ａを有
する。また、成形歯車１及び成形歯車２は夫々ルーバの
幅程度の厚み有する薄い歯車を軸方向に重ね合わせて構
成される。そして切り刃部６ａは、歯形側面６の表面が
軸線に対して斜めに形成されたものである。

【００１４】次に、このようにしてなる成形歯車１，２
の作用につき説明する。図２において、成形歯車１，２
は（Ａ）〜（Ｇ）の如く順に歯合する。なお、同図にお
いて、成形歯車１，２の間に介装される帯状金属板10は
省略されている。また、成形歯車１，２の歯合状態の隙
間は、次のように形成されている。一対の前記成形歯車
１，２の歯形側面６どうしの隙間は、図３（Ａ）に示す
如く、前記金属板10の板厚に等しいか、それより広く形
成されている。そして一方の成形歯車１の歯底部４と、
他方の成形歯車２の歯先部５の最短距離は、同図（Ａ）
の如く前記金属板10の板厚の０．９倍以下に形成されて
いる。一例として0.07mmの板厚のアルミニュームフィン
材の場合、歯底部４と歯先部５との最短の隙間は0.03mm
〜0.06mmである。

【００１５】このような一対の成形歯車１，２のかみ合
わせにおいて、先ず、図２（Ａ）の如く成形歯車２の左
側の歯形側面６と成形歯車１の左側の歯形側面６とが歯
合する。このとき、成形歯車２の右側の歯形側面６の下
端が成形歯車１の歯底部４の近傍に接触しはじめ、それ
までの間は、歯先部５と歯底部４の山形歯底部４ａとは
非接触状態にある。

【００１６】次いで、成形歯車２が成形歯車１に対して
図２（Ｂ）の如く相対的に右方向に回転したとき、歯先
部５の中央部よりやや左側が成形歯車１の山形歯底部４
ａの頂部に（図示しない帯状の金属板を介して、以下同
じ）接触する。次いで、図２（Ｃ）の如く成形歯車２が
さらに成形歯車１に対して回転すると、成形歯車２の歯
先部５の中央部に近い位置が成形歯車１の山形歯底部４
ａの頂部に接触する。次いで図２（Ｄ）の如く、成形歯
車１の歯形側面６と成形歯車２のそれとの隙間が左右均
一になったときには、成形歯車２の歯先部５の頂部中央
と、成形歯車１の山形歯底部４ａの頂部とが接触する。

【００１７】次いで図２（Ｅ）の如く、成形歯車２が成
形歯車１に対してさらに右方向に回転すると、成形歯車
２の歯先部５の左寄り部分が、成形歯車１の山形歯底部
４ａの中央に接触し、次いで図２（Ｆ）の如く成形歯車
２が回転すると歯先部５のさらに右側が成形歯車１の山
形歯底部４ａの頂部に接触し、次いで図２（Ｇ）の如
く、成形歯車２の左側の歯形側面６が成形歯車１の左側
の歯形側面６に殆ど接触しなくなると、成形歯車２の歯
先部５と成形歯車１の山形歯底部４ａとが離れる。これ
らの結果、成形歯車１の山形歯底部４ａの頂部には、成
形歯車２の歯先部５がその一方側から他方側に連続的に
接触し且つ、接触中に僅かに両者間に滑りを生じる。

【００１８】そして、薄い帯状金属板10が両成形歯車
１，２間に供給されると、それが図３の如く成形され
る。図３はその成形歯車に供給された金属板10の成形状
態を示す要部拡大図であり、図３（Ａ）は図２（Ｄ）の
状態における金属板を変形途上の状態である。図２
（Ａ）〜（Ｄ）の工程により、金属板10の頂部は、成形
歯車２の歯先部５の外径に形成されると共に、その外面
側は歯先部５と歯底部４とにより圧縮されて、図３
（Ａ）では頂部のとくに左半分および、中央右寄りの近
傍の板厚が薄く形成されている。この圧縮変形部は、加
工硬化されている。次いで、図２（Ｅ）〜（Ｇ）の工程
により、金属板10は図３（Ｂ）の如く、その頂部が均等
に圧縮形成され、その部分全体が加工硬化している。こ
れは成形歯形による成形直後の状態であり、その全体形
状は図４（Ａ）の如く台形波状に形成されている。

【００１９】次いで、図３（Ｂ）の状態に成形されたコ
ルゲートフィンをその波の進行方向に圧縮すると、夫々
の頂部は加工硬化された平坦面の状態を保ち、コルゲー
トフィンの立ち上がり部が略垂直に変形する。そしてそ
の全体形状は図４（Ｂ）の如く形成される。そこで、並
列された偏平チューブ11の平坦な外面間にこのコルゲー
トフィン７を介装し、各偏平チューブ11間を適宜な治具
で加圧した状態で高温の図示しない炉内に挿入し、コル
ゲートフィンまたは偏平チューブのうち何れか一方に被
覆されたろう材を溶融し、次いでそれを冷却固化するこ
とにより、コルゲートフィン７は偏平チューブ11に図４
（Ｂ）の状態でろう付けされる。それにより、コルゲー
トフィン７の頂部７ｂ、底部７ａの各平坦面が偏平チュ
ーブ11にろう付けされ、両者の接触面積に広くなる。

【００２０】

【実施例】次に、上記成形歯車の具体的な一例を述べる
と、次のとおりである。勿論本発明はその実施例に限定
されるものではない。図５において、歯数は２４であ
り、歯先円直径Ｄ₁ が97.003mm、ピッチ円直径Ｄ_O が9
2.000mm、歯底円直径Ｄ₂ が86.896mmである。また、歯
形側面６の基礎円からの半径Ｒ₁ は31.337mmである。そ
して歯底の開き角度αは20度、歯底の突出半径Ｒ₂ は１
mm、その隅部の凹曲の半径Ｒ₃ は0.3 mmである。そし
て、0.07mmの板厚のアルミニュームフィン材の場合、一
方の成形歯車１の歯底部４と他方の成形歯車２の歯先部
５の最短距離を0.04mmとし、一対の前記成形歯車１，２
の歯形側面６どうしの隙間は、その金属板の板厚に等し
い0.07mmとした。

【００２１】

【発明の作用・効果】本発明のコルゲートフィン成形歯
車は、その歯先部５が、その歯先円の直径で周方向に所
定幅延在され、その歯底部４の中央部が半径方向外側
に、山形に突出形成された山形歯底部４ａを有する。そ
して、一対の成形歯車１，２の歯合状態で、一方の成形
歯車１の歯底部４と他方の成形歯車２の歯先部５との最
短距離が、前記金属板10の板厚よりも短く形成されてい
る。さらに、前記歯形側面６どうしの歯合状態で、山形
歯底部４ａの頂部に、歯合相手の歯先部５の一方側から
他方側に前記金属板10を介して連続的に加圧接触するよ
うに構成されたものである。

【００２２】そのため、帯状金属板10は図３（Ａ）〜
（Ｃ）の如く、その台形の頂部が強く圧縮されて加工硬
化すると共に、歯先部外周の形状に形成される。そし
て、成形後にコルゲートフィンをその波の進行方向に圧
縮すると、加工硬化した頂部は湾曲することなくその頂
部が平坦に保たれた状態に形成される。そこでその平坦
部とチューブとを接触させることにより、両者の伝熱性
を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明の成形歯車の要部断面図で
あって同（Ｂ）のＡ部拡大図であり、図１（Ｂ）は本発
明の成形歯車の全体的略図。

【図２】本発明の一対の成形歯車１，成形歯車２との噛
み合い状態を順に示す説明図。

【図３】一対の成形歯車間に供給された金属板の成形状
態を示す要部拡大図であり、（Ａ）は図２の（Ｄ）の状
態における金属板を変形途上の状態、（Ｂ）は成形完了
の状態、（Ｃ）は歯車による成形後に、コルゲートフィ
ン全体を圧縮した状態を示す。

【図４】（Ａ）は一対の成形歯形によって形成された状
態のコルゲートフィン７を示す説明図、（Ｂ）はそのコ
ルゲートフィン７を波の進行方向に圧縮した状態を示す
説明図。

【図５】本発明の成形歯車の要部説明図。

【図６】従来型成形歯車の要部説明図。

【図７】同従来型コルゲートフィンの正面図。

【符号の説明】

１，２ 成形歯車 ４ 歯底部 ４ａ 山形歯底部 ４ｂ 歯底隅部 ５ 歯先部 ６ 歯形側面 ６ａ 切り刃部 ７ コルゲートフィン ７ａ 底部 ７ｂ 頂部 ７ｃ 折れ曲がり部 ７ｄ 立ち上がり部 ７ｅ 切り起こしルーバ ８ コルゲートフィン ９ 成形歯車 10 金属板 11 偏平チューブ Ｄ_O ピッチ円直径 Ｄ₁ 歯先円直径 Ｄ₂ 歯底円直径 Ｄ₃ 基礎円直径 Ｒ₁ 歯形半径 Ｒ₂ 突出半径 Ｒ₃ 凹曲半径 Ｐ₁ ，Ｐ 点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いにその歯形側面(6) どうしが歯合す
   る一対の成形歯車(1) (2) 間に、帯状の金属板(10)を供
   給してその金属板(10)をコルゲート状に曲折形成するコ
   ルゲートフィン成形歯車において、 夫々の成形歯車(1) (2) は、 その歯先部(5) が、その歯先円の直径で周方向に所定幅
   延在され、 その歯底部(4) の中央部が半径方向外側に、山形に突出
   形成された山形歯底部(4a)を有し、 一対の成形歯車(1) (2) の歯合状態で、一方の成形歯車
   (1) の歯底部(4) と他方の成形歯車(2) の歯先部(5) と
   の最短距離が、前記金属板(10)の板厚よりも短く形成さ
   れ、 前記歯形側面(6) どうしの歯合状態で、山形歯底部(4a)
   の頂部に、歯合相手の歯先部(5) の一方側から他方側に
   前記金属板(10)を介して連続的に加圧接触するように構
   成されたことを特徴とするコルゲートフィン成形歯車。
2. 【請求項２】 請求項１において、 一対の前記成形歯車(1) (2) の歯形側面(6) どうしの隙
   間は、前記金属板(10)の板厚に等しいか、それより広く
   形成され、 前記歯底部(4) と前記歯先部(5) の前記最短距離は、前
   記金属板(10)の板厚の０．９倍以下に形成されたコルゲ
   ートフィン成形歯車。