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発明の名称 スパイラルフィンの固定装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−166047
公開日 平成10年(1998)6月23日
出願番号 特願平8−323757
出願日 平成8年(1996)12月4日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】滝本 智之 (外1名)
発明者 那須 均 / 岡本 多郁士 / 玉置 貞文
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 連続したフィン材を挟着して回転する一対の押込ローラと、チューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側を保持する初期巻ローラと、押込ローラと対向してチューブ外周を揺動可能に軸支した押付ローラと、巻付けられたフィンをチューブに加圧するフィンクランプと、レーザー発振機からのレーザー光を照射するレーザー出射鏡筒とを備え、押込ローラでチューブより延在したフィン端を初期巻ローラでチューブに巻付け、押込ローラと押付ローラによりチューブへのフィンの巻付を進行させ、フィン端をクランプローラでチューブに加圧した状態でフィンとチューブの接触部にレーザー光を照射してフィンとチューブを接合するスパイラルフィンの固定装置。
【請求項2】 レーザー発振機からのレーザー光をレーザー出射鏡筒に光ファイバで導くと共に、レーザー出射鏡筒を保持する多関節ロボットを備え、出射鏡筒から照射されたレーザー光をフィンとチューブの接触部のチューブ円周方向に沿って焦光させてフィンとチューブを接合する請求項1記載のスパイラルフィンの固定装置。
【請求項3】 連続したフィン材をフィン終端と始端とに分割切断する切断パンチを備え、フィン終端及びフィン始端形状をフィンのチューブとの接触方向にフィン幅の略半分の面取を形成するパンチ形状とした請求項1または請求項2記載のスパイラルフィンの固定装置。
【請求項4】 初期巻ローラの旋回中心を巻付中心より押込ローラと反対方向で、かつ、フィンの巻付開始点方向に偏芯させ、初期巻ローラの戻り位置をチューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側に接触させ、フィンのガイドローラと兼用してなる請求項1から請求項3のいずれかに記載のスパイラルフィンの固定装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷蔵庫、ショーケース、自動車等の伝熱部品として使用されるチューブの外周に連続したフィン材をスパイラル状に巻付けて構成したスパイラルフィンチューブ型の伝熱チューブの製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、そのコストパフォーマンスの高さにより冷蔵庫、ショーケース、自動車等に、直線状のチューブにスパイラル状に巻付けた金属フィンよりなるスパイラルフィンチューブ型の伝熱チューブが熱交換器として多用されてきている。スパイラルフィンチューブの製造方法は多種多様であるが、冷蔵庫等の小型のものでは連続した金属フィンを直線状のチューブに垂直方向で直接巻付けて両端をチューブに固定する方法と、あらかじめコイル上に成形した金属フィンにチューブを挿入し、所定ピッチに広げて両端を固定する方法とが主体である。何れの方法でもフィン両端がチューブに固定されていないとフィンをスパイラル状に成形した時の残留応力によりスプリングバックが発生し、巻付部が緩むためチューブとフィンの接触熱抵抗が増大して熱交換性能が劣化するため、フィンの両端を強固に固定する必要がある。
【0003】従来のスパイラルフィンの固定方法としては特開平4−135014号公報に示されているものがある。以下、図面を参照しながら従来のスパイラルフィンの固定方法を説明する。
【0004】図7は、従来例の高周波抵抗溶接による固定方法を示す斜視図である。図において、1はフィン、2はチューブ、3は加圧ロール、4はフィン側給電体、5はチューブ側給電体であり、あらかじめフィン1の始端をチューブ2の径と同一径で初期曲げしたフィン1をチューブ2の外周に取付け、加圧ロール3で加圧しながらフィン側給電体4とチューブ側給電体5の間に高周波電流を通電し、フィンとチューブとの接触部の抵抗発熱によりフィンとチューブを高周波抵抗溶接する方法である。
【0005】他の固定方法として特公昭63−49573号公報に示されているフィンかしめ式のものもある。
【0006】図8は従来例のフィンかしめを用いた固定方法の斜視図である。フィン1は別工程にてあらかじめ内周をチューブ2の径に合わせて1周以上の初期巻付を行っている。1巻き目のフィン1aの外周には切り欠6が形成され、2巻き目のフィン1bの切欠6に対応する位置に切起し7を加工し、切欠6と切起し7とをかしめることにより固定するものである。
【0007】さらに他の方法として、図9に示す別部品を用いたフィン固定方法もある。図において8は固定用部品、9はスポット溶接箇所、10はかしめ箇所である。本固定方法では、図に示すようにチューブ2の回りに固定用部品8を取付け、スポット溶接箇所9にスポット溶接することによってフィン1と固定用部品8を接合し、さらにかしめ箇所10でチューブ2と固定用部品8をかしめ加工することによってスパイラルフィンをチューブに固定するものである。
【0008】尚、フィン1に初期巻を行う方法としては図10に示すように、芯金11を旋回中心とした旋回ガイド12とフィン1のストレート部を保持するクランプ13で構成した初期巻装置が一般的である。
【0009】この初期巻装置では芯金11からフィン1を旋回ガイド12に対して延在させ、フィン1のストレート部分をクランプ13で保持し、芯金11を中心として旋回ガイド12を回すことにより、フィン1は芯金との接触部を支点として変形されて板状の幅方向での曲げが行われるものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の高周波抵抗溶接による固定方法については、フィンをチューブに強く加圧する必要があるが、冷蔵庫等に適用されるスパイラルフィンチューブには小型、軽量化が要求され、フィンは薄く、幅広くなってきている。このようなスパイラルフィンの仕様ではフィンとチューブを高周波抵抗溶接するために加圧力を付与すると、フィンが倒れたり折れ曲がったりするため適当な加圧力を付与することができず、加圧力が低いまま抵抗溶接を行うと正常な溶接条件が確保できず、フィンの固定に必要な強固な固定ができないという欠点を有していた。
【0011】また、フィンかしめによる固定方法ではあらかじめフィンを1周以上巻いた加工を別工程で行い、これをチューブに取付けてかしめを行うことによりフィンとチューブを固定し、その後フィンの巻付を行うため、初期巻とかしめと巻付がそれぞれ別の工程となり、それぞれの工程間を移載する必要が生じるため生産性が低下するという欠点を有していた。
【0012】また、上記のかしめ方法及び固定用部品による方法では巻付終端では巻付装置内において固定する加工が出来ないため、フィン巻付を終了したスパイラルフィンチューブ巻付装置から外して一旦外に取出して手動装着または専用装置によって固定加工を行わなければならない。そのため、密着状態で巻付けられたフィンの緩みが発生し、一旦緩んだフィンを修正しながらチューブとの接触を回復させても密着状態は弱くなり、熱交換性能が低下するという欠点を有していた。
【0013】さらに、初期巻装置でフィン端を曲げる場合、フィンの曲げ加工に必要な曲げモーメントは一定であるため、図11に示すように芯金11から延在するフィン1が長ければ旋回ガイド12での曲げ荷重の作用点が芯金11から遠くなり、フィン1に付加する荷重は小さくなる。
【0014】しかし、曲げ角度が進行し、芯金11からの延在距離が減少すると旋回ガイド12によりフィン1に付加される曲げ荷重が増加し、フィン1自体の許容荷重以上になるとフィンが変形して芯金11を中心とした曲げ加工が行われなくなる。その結果、フィン1の端は芯金11に完全に巻付けられず直線部分が残こり、フィン1の外側は変形を来すため、そのままでの使用ができずこの直線部分を切断して使用する必要があった。
【0015】本発明の目的は、従来技術の欠点に顧み、あらたな部品を必要とせず強固なフィン固定を可能にし、巻付状態のフィンが密着した状態のまま固定することにより熱交換性能の低下を防止すると共に、巻付装置内で初期巻を行うことにより生産性の高いスパイラルフィンの固定装置を提供することを目的とするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため本発明は、スパイラルフィンチューブを製造する際、フィンの始端と終端を多関節ロボットに持たせた出射鏡筒からレーザー光を照射して、フィンとチューブ接触部分を所定の長さに渡って連続的に接合して強固に固定すると共に、チューブを芯金にしてフィンの変形を来さずにフィン端をチューブに対して巻付ける初期巻を巻付装置に収納することを可能とするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明は、連続したフィン材を挟着して回転する一対の押込ローラと、チューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側を保持する初期巻ローラと、押込ローラと対向してチューブ外周を揺動可能に軸支した押付ローラと、巻付られたフィンをチューブに加圧するフィンクランプと、レーザー発振機からのレーザー光を照射するレーザー出射鏡筒とを備え、押込ローラでチューブより延在したフィン端を初期巻ローラでチューブに巻付け、押込ローラと押付ローラによりチューブへのフィンの巻付を進行させ、フィン端をクランプローラでチューブに加圧した状態でフィンとチューブの接触部にレーザー光を照射してフィンとチューブを接合して固定するものである。
【0018】これにより、フィンとチューブを密着させて巻付が終了した状態のままでフィン端をフィンクランプで加圧してチューブに密着させ、フィンとチューブの接触部にレーザー光を照射してレーザー接合することにより強固に固定できる。
【0019】また、レーザー発振機からのレーザー光をレーザー出射鏡筒に光ファイバで導くと共に、レーザー出射鏡筒を保持する多関節ロボットを備え、出射鏡筒から照射されたレーザー光をフィンとチューブの接触部のチューブ円周方向に沿って焦光させてフィンとチューブを接合するものである。
【0020】これにより、フィン巻付開始及び終了状態でクランプローラでフィンをチューブに加圧してチューブを回転させずにフィン端付近のフィンとチューブの接触部をその円周方向に沿った所定長さの曲線部分を常にレーザー光の焦点に合わせた状態で、かつ、最適な照射角度を確保しつつ溶接することが可能となり、フィンの巻付に必要な強度及びフィンのスプリングバックによる外れを回避するために必要な強度に応じた溶接長さを確保することができ、強固な固定を可能とする。
【0021】また、連続したフィン材をフィン終端と始端とに分割切断する切断パンチを備え、フィン終端及びフィン始端形状をフィンのチューブとの接触方向にフィン幅の略半分の面取を形成するパンチ形状としたものである。
【0022】これにより、押込ローラでフィンをチューブより延在させ、初期巻ローラを旋回させることによりフィンに曲げモーメントを加えて曲げ加工を行うと共に、フィン端にチューブ接触方向の面取を形成することによりチューブ接触位置からフィン端までの距離を確保することができ、曲げ加工に必要な荷重をフィンの許容荷重以下に押さえることができ、フィンの変形を生じることなくフィン内周をすべてチューブに接触させることが可能となり、巻付装置に初期巻機能を内蔵することができる。
【0023】さらに、初期巻ローラの旋回中心を巻付中心より押込ローラと反対方向で、かつ、フィンの巻付開始点方向に偏芯させ、初期巻ローラ戻り位置をチューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側に接触させ、フィンのガイドローラとして使用してなるものである。
【0024】これにより、チューブから延在した直線状のフィンと初期巻ローラとの接触点をチューブから遠くすることができ、モーメント荷重を増大でき容易な曲げ開始ができると共に、旋回角度を進行させるに従ってチューブとの距離が減少し、初期巻の終了位置ではローラとチューブとの距離をフィン幅より小さくすることによりフィン端をチューブに押し付ける方向の荷重を付加でき、初期巻の外周形状をより円形に近づけることができ、かつ、戻り位置では巻付加工でのフィンのガイドローラとして機能でき、簡略な構造とすることで巻付装置への内蔵をより容易にすることができる。
【0025】
【実施例】以下、本発明によるスパイラルフィン固定装置の一実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0026】図において、21はフィン1をチューブ2にスパイラル状に巻付ける巻付装置であり、22は本体ベース、23はスライドレール、24はテーブルで、25は回転チャック、26は回転モータで、テーブル24上に回転チャック25とこれを回転する回転モータ26を載置し、チューブ2端を回転チャック25でクランプして回転モータ26でチューブ2を回転させながらスライドレール23に沿って走行するものである。
【0027】27は押込ローラ、28は押込モータであり、連続した金属薄板のフィン1を1対の押込ローラ27で挟着し押込モータ28により回転されてフィン1は巻付ユニット29に押し込まれる。
【0028】30はレーザー発振機、31は光ファイバ、32はレーザー出射鏡筒、33は多関節ロボットで、レーザー発振機30からのレーザー光は光ファイバ31で出射鏡筒32に導光され、出射鏡筒32内に収納された焦光レンズで1点に焦光される。このレーザー光の焦点34がフィン1とチューブ2の接触部に位置するよう多関節ロボット33により出射鏡筒32の位置決めが行われる。
【0029】35は切断ユニットであり、パンチシリンダ36に取付られた切断パンチ37とダイ38との組合わせの一般的なパンチプレスを構成し、フィン1を長さ方向に対して直角な辺とチューブ2への巻付側でフィン1幅の略2分の1の大きさの面取辺を切断部の両側に形成される形状に切断パンチ37及びダイ38を成形している。
【0030】39はフィン1の供給ユニットであり、フィン1を挟着する1対の送りローラ40とこれを回転させる送りモータ41によりパンチユニット35から押込ローラ27へとフィン1を供給するものである。
【0031】巻付ユニット29には、ユニットベース42、初期巻ローラ43、旋回レバー44、ピニオンギヤ45、ラック46、保持ローラ47、初期曲げシリンダ48が備えられている。
【0032】一端に初期巻ローラ43を設けた旋回レバー44はユニットベース42に回転可能に軸支され、ユニットベース42の裏面に設置した旋回レバー44の軸部分にピニオンギヤ45が固定され、このピニオンギヤ45と噛み合って保持ローラ47で摺動可能に保持されたラック46を初期巻シリンダ48で前後に摺動させることにより初期巻ローラ43を旋回させるものである。
【0033】49は巻付が行われるチューブ2の中心である巻付中心で、50は旋回レバー44の旋回中心であり、旋回中心50は巻付中心49に対して押し込みローラ27と反対側の横方向と巻付開始点Aへの立て方向にそれぞれ偏芯している。本実施例ではこの偏芯両は横、縦方向共にチューブ2の外径の略3分の1に設定している。
【0034】また、初期巻シリンダ48の戻り状態で初期巻ローラ43の外周がフィン1の巻付開始点Aより押込ローラ27側の巻付外側の直線部分に接触するように位置させてフィン1のガイドローラの機能を兼ね備えている。
【0035】51は押付ローラであり、揺動軸52で軸支された揺動レバー53に設けられ、揺動シリンダ53でチューブ2と押付ローラ51の距離がフィン1の幅と一致する押しつけ位置と初期巻ローラ43を旋回させたときに干渉しない待避位置となるよう揺動シリンダ54により往復揺動するものである。
【0036】55はクランプローラ、56はクランプシリンダで、クランプローラ55は巻付けられたフィン1の外周に沿って当接する溝を形成S、外径部はチューブ2に当接し、クランプシリンダ56によりフィン1をチューブ2に押しつけるもので、クランプローラ55で押しつけられたフィン1とチューブ2の接触部分にレーザー光を焦光させて接合するものである。
【0037】次に、上記構成によるスパイラルフィンの固定装置の動作について説明する。フィン1は切断ユニット35により面取りを形成したフィン端形状に切断されて送りローラ40に挟着され、送りモータ41の回転により押込ローラ27間に送り込まれる。一方、チューブ2は先端を回転チャック25でクランプして巻付ユニット29を通過している。
【0038】巻付ユニット29において、揺動レバー53は揺動シリンダ54により待避位置に移動し、押込ローラ27及び送りローラ40が同期して回転することによりフィン1の始端はチューブ2の上面を通過して延在し、初期巻シリンダ48でラック46を前進させることにより、ラック46と噛み合っているピニオンギヤ45を回転させ、これにより旋回レバー44に取付た初期巻ローラ43が旋回中心50を軸芯にしてチューブ2の回りを回転する。
【0039】旋回中心50はチューブ2の中心である巻付中心よりフィン端方向に偏芯しているため、初期巻ローラ43はフィン1とチューブ2の接触点である巻付開始点Aよりフィン端方向でフィン1と接触する。
【0040】旋回レバー44を回転すると初期巻ローラ43とフィン1の接触点とチューブ2とフィン1との接触点の2点に偶力が発生し、これがフィン1に対しての曲げモーメントとなってフィン1はチューブ2との接触点で曲げ加工され、チューブ2への巻付きが進行する。フィン1のチューブ2への巻付きの進に伴い、フィン端のチューブ2からの延在距離は減少するが、旋回中心50が巻付開始点Aの方向にも偏芯しているため、旋回レバー44の旋回角度で進行するほど初期巻ローラ43とチューブ2の距離も減少し、フィン端を追いかける形で回転していく。
【0041】フィン端の内周側には面取り加工が施されているため、内周側の端がチューブ2と接触した状態でもフィン端の外周側には直線部が残り、この部分と初期巻ローラ43が接触することで内周端の巻付が終了した時でも充分な曲げモーメントが付加できる。
【0042】さらに旋回レバー44の旋回角度を進行すると、初期巻ローラ43とチューブ2の距離がフィン1の幅より僅かに狭くなる位置で初期巻ローラ43がフィン端から外れるよう初期巻前の直線状のフィン1のチューブ2からの延在距離を設定しているため、フィン端は初期巻完了位置でフィン端外側が僅かにチューブ2方向に押込まれ、フィン内周のチューブ2との接触部が充分に密着させると共に、残った直線部を内周方向に押し込むことになり、フィン端外周が巻付外周円からはみ出すことなくフィン端の初期巻が完了する。
【0043】初期巻レバー44を戻すと巻付開始点Aより押込ローラ27寄りのフィン1の直線部の外側と接触する位置に初期巻ローラ43が戻り、次いで揺動シリンダ54により揺動レバー53は押付位置に変位して押しつけローラ51はチューブとの距離がフィン1幅となる位置で保持される。
【0044】次に、押込ローラ27でフィンを押込むと初期巻ローラ43とチューブの巻付開始点A及び押しつけローラ51の3点での偶力が発生し、初期巻と同様な曲げモーメントとなりフィン1が押込まれた量だけチューブ2に巻付いていく。
【0045】フィン端がクランプローラ55の位置に達するとクランプシリンダ56によりクランプローラ55でフィン端外周を内周に押付け、チューブ2にフィン1の内周を密着させ、多関節ロボット33で保持したレーザー出射鏡筒32から照射されるレーザー光の焦点34が位置するよう多関節ロボット33を駆動してフィン端の密着部から所定の長さをチューブ2外周の曲面に沿って移動させ、所定長さの接合部を形成し、フィン1の始端がチューブ2に固定される。
【0046】この状態から回転チャック25を回転するとチューブ2が回転し、チューブ2に固定されたフィン1の始端からフィン1の巻取りが行われる。これと同期して押込ローラ27でフィン1を押込むことにより巻付は容易に行われる。さらに、回転チャック25の回転角度に対応させてテーブル24をスライドレール24に沿って一定量走行させることにより、チューブ2には一定間隔の螺旋状スパイラルフィンが連続して形成されていく。
【0047】必要量のスパイラルフィンが形成されたら、再度クランプローラ55でフィン外周を押付け、フィン始端の固定と同様に、フィン1とチューブ2との接触部にレーザー光の焦点34が位置するよ多関節ロボットを駆動してレーザー溶接を行い、フィン1をチューブに仮固定する。
【0048】この仮固定と同時に、パンチシリンダ36で切断パンチ37をダイ38に押込み、連続したフィン1を前述のフィン端形状に切断することにより、巻付内周側に面取を有したフィン終端が形成される。
【0049】送りモータ41を停止したまま巻付を進めることにより切断ユニット29に次の製品に使用するフィンの始端を残したままフィン1はチューブ2に巻付けられ、フィン終端は始端と同一の形状で巻付を完了する。
【0050】さらに回転チャック25を回転すると終端がフィンクランプ55位置まで到達し、クランプローラ55でフィン外周を押付けてチューブに密着される。この動作において、フィン1の終端が押付ローラ51に到達するまでは密着状態で巻付られたフィン1が緩むことはないが、フィン終端が押付ローラ51を通過するとフィンクランプ55で押付けられるまでの短時間ではあるが密着保持の機能がなくなり、緩みを発生するが、フィン1は既にチューブ2と仮固定されており、終端までの巻付長さは非常に短いため、この部分で若干の緩みを生じても全体の密着性能に対しては何等問題のない量である。
【0051】フィン1の終端の内周に対しても始端と同様なレーザー光の照射によるレーザー溶接が施されてフィン1はチューブ2に固定される。
【0052】尚、本発明のスパイラルフィンの固定装置は多関節ロボット33でレーザー光の照射位置を制御しており、レーザー溶接は短時間で完了できるため巻付動作中に任意の部分にレーザー光を照射して部分固定することも可能である。
【0053】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発明によるスパイラルフィンの固定装置は、連続したフィン材を挟着して回転する一対の押込ローラと、チューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側を保持する初期巻ローラと、押込ローラと対向してチューブ外周を揺動可能に軸支した巻付ローラと、巻付けられたフィンをチューブに加圧する加圧ローラと、レーザー発振機からのレーザー光を照射するレーザー出射鏡筒とを備え、押込ローラでチューブより延在したフィン端を初期巻ローラでチューブに巻付け、押込ローラと押付ローラによりチューブへのフィン巻付を進行させ、フィン端をクランプローラでチューブに加圧した状態でフィンとチューブの接触部にレーザー光を照射してフィンとチューブを溶融接合するものであるから、あらたな部品を必要とせずに強固なフィン固定を可能とすると共に、巻付が終了した状態のままでフィン端をクランプローラで加圧してチューブに密着させ、フィンとチューブの接触部にレーザー光を照射して固定するため、フィンの緩みを来さず、熱交換性能の高いスパイラルフィンチューブ型の伝熱チューブが製造できる。
【0054】また、レーザー発振機からのレーザー光をレーザー出射鏡筒に光ファイバーで導くと共に、レーザー出射鏡筒を保持する多関節ロボットを備え、出射鏡筒から照射されたレーザー光をフィンとチューブの接触部のチューブ円周方向に沿って焦光させてフィンとチューブを接合するものであるから、フィン巻付開始及び終了状態でクランプローラでフィンをチューブに加圧してチューブを回転させずにフィン端付近のフィンとチューブの接触部をその円周方向に沿った曲線部分を常にレーザー光の焦点に合わせた状態で、かつ、最適な照射角度を確保しつつ溶接することができ、必要な強度に応じた溶接長さを確保することができるためより強固な固定が可能となる。
【0055】また、連続したフィン材をフィン終端と始端とに分割切断する切断パンチを備え、フィン終端及びフィン始端形状をフィンのチューブとの接触方向にフィン幅の略半分の面取を形成するパンチ形状としたものであるから、押込ローラでフィンをチューブより延在させ、初期巻及び終端巻取でのフィン変形を生じることなくフィン内周をすべてチューブに接触させることが可能となり、巻付装置に初期巻機能を内蔵でき、移載工程を不要とした生産性の高い固定装置を提供できる。
【0056】さらに、初期巻ローラの旋回軸芯をチューブの軸芯より押込ローラと反対方向で、かつ、フィンの巻付開始位置方向に偏芯させ、初期巻ローラの戻り位置をチューブより押込ローラ側でフィンの直線部の巻付外側に接触させ、フィンのガイドローラとしても兼用してなるものであるから、確実な初期巻を行うと共に戻り位置では巻付加工でのフィンのガイドローラとして機能でき、簡略な構造とすることで巻付装置への内蔵をより容易にするものである。
【0057】また、フィンの湯文止めのための両端固定以外にもスパイラル状のフィンの任意の部分を部分接合することも可能であるため、複雑な形状に成形するときのフィンの緩み止めの手段としても適用することができる。




 

 


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